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火山•阳伞•降温

  如今,气候变化成了一个热门话题,然而人们在为“温室效应”使地球升温而忧虑的同时,是否注意到一个与“温室效应”相反的事实:被称之为阳伞效应的制造者包括火山灰在内的气溶胶粒子能使地球降温。据联合国政府间气候变化委员会的评估报告,包括人类活动在内造成的地球大气中的烟尘粒子的阳伞效应,其降温值相当于全球温室效应升温值的20%。换句话说,如果没有这种阳伞效应,人类活动造成的全球变暖幅度将会更大。例如,1991年菲律宾皮纳图博火山大爆发,就曾使20世纪八九十年代强劲的全球变暖趋势得到暂时的遏制。像火山烟尘这种会使地球降温的作用恰似给“炎热”的地球撑起了一把阳伞,因此得名“阳伞效应”。

  所谓阳伞效应,科学地说,是指由大气中的气溶胶对太阳辐射的削弱作用而引起的地面冷却效应。产生这种效应,有自然原因和人为原因。前者如火山喷出的大量烟尘和海水浪花飞溅带入大气中的各种盐分;后者如工业、交通运输和人们生活中燃烧化石燃料排放的烟尘。此外,农业生产和植被破坏等也会产生许多粉尘由地面进入大气中,从而使悬浮在大气中的颗粒物明显增加。这些气溶胶粒子吸收和反射太阳辐射,使到达地面的太阳辐射大大减弱,从而导致地面温度降低。另外,大气中气溶胶粒子增加,如同增多了凝结核,从而使成云致雨、致雾的频率增高,同样对地表起着冷却作用。“阳伞效应”在北半球表现最为明显,其原因在于这个地区工业化程度较高和由此产生的空气污染比较严重。

  不难看出,人类活动在造成全球变暖的同时,也在造成全球变冷。只不过变冷程度远不如变暖程度幅度大罢了。对这种变冷效应的认识最早是从火山爆发得到启示的。

  这里只谈一谈火山的阳伞效应。因为火山爆发时把巨量的火山烟尘排放到了地球大气中,可以直达平流层,这种最终分布到全球的火山烟尘能把大量的阳光热量反射回太空,从而使地球气温降低。据分析,火山尘在高空停留的时间一般只有几个月,其异常的高含硫量能在平流层中形成大量硫酸气溶胶,这样的火山云在平流层可飘浮数年,通过长期减弱进入对流层的太阳辐射而影响气候变化。

  近年来的卫星观测已表明,太阳常数的变幅极小(≤0.15%),即使从百年以上的时间尺度看,其变化也不会超过1%,但一些大火山爆发对太阳辐射的减弱则十分显著,如1883年秋,印度尼西亚喀拉卡托火山(6.1°S,105.4°E)大爆发,浓黑的烟柱腾空升至80千米的高空,遮天蔽日的火山灰覆盖了80万平方千米的地面,释放出的能量相当于20万个投在广岛上的原子弹。进入平流层的火山灰长期悬浮,遮蔽了日照,在其爆发后的l~3年,北半球中纬度太阳直接辐射减弱了10%~15%,这相当于抵达大气顶的大阳常数在进入对流层时减少25%~3.8%,约为在1976-1981年内卫星探测的太阳常数最大年际变幅(0.5)的 5~8倍。

  早在200余年前,1783—1784年冬北美—欧洲一带出现了异常严寒,富兰克林即认为,这可能和1783年7月冰岛的拉基火山大爆发有关,当年夏季欧洲上空曾长期漂浮着一种有火山尘形成的干雾。此后直到20世纪60年代的百余年中,虽也有个别学者研究过火山活动对气候的影响,但并未引起注意。1963年印尼巴厘岛的阿贡火山(8.3°S,115.5°E)发生大爆发,悬浮于高空的火山微粒对阳光的反射和折射作用形成了该年日出日落时异常艳丽的霞光,这引起气候学家拉姆的注意,他系统总结了前人在火山活动—气候变化方面的研究,第一次描述了火山大爆发后的一两年内北半球低层大气和地面温度降低的事实。在1970年提出了定量确定平流层火山灰指数的公式,给出了1500年以来大型火山活动的年表。

  1991年6月菲律宾皮纳图博火山爆发是近80年来最强的一次,巨量的尘埃粒子进入平流层大气,火山爆发10天后火山灰形成一个近似连续条带,从印尼到中非长达1.1万千米,到第3周,在平流层内的火山烟云已环绕地球一周,并在20°N—20°S之间形成一个浓密的半连续条带,这个条带中所含的硫化物将一部分太阳光反射回太空。在热带(20°S—30°N)火山爆发后3个月后气溶胶厚度达到峰值,直到1993年5月(即约2年后)恢复到正常。有资料证明,1992年4—10月北半球大陆气温距平在—0.5~1.0℃之间。1990和1991年曾经是近百年来最暖的2年,但1992年全球气温平均下降了0.2℃,北半球下降0.4℃。不少学者认为,这主要是受皮纳图博火山爆发的影响所致。

  值得一提的是,大约200年前印尼东部坦博拉火山大爆发,产生了强烈的气候效应,庞大的云团随着大气环流将地球环绕,阳光被遮住了,全球出现了罕见大降温,使1816年成为“没有夏季的一年”,到了1817年,随着火山灰云的减弱,地球的温度才基本恢复了正常。这次喷发,坦博拉火山被削掉了1250米,喷射出的浮岩和火山灰的总体积达150立方千米,如将喷出物平铺在德国全境,可使其增高0.6米。距火山500千米的马都拉岛因灰尘遮阳,黑暗了3天,在爪哇岛上中午仍伸手不见五指。在以火山为中心的60千米范围内,所有建筑物无不被掩埋在火山灰下。距火山160千米的通博科岛被深达1.5米的火山灰掩埋。可见这次喷发出的火山灰数量之大是十分罕见的。这次火山大爆发,使欧洲受到严重影响,伦敦夏季气温比常年降低2~3℃,新英格兰出现6天“六月雪”,爱尔兰连续8个星期降雨,使马铃薯大幅减产,低温导致了欧洲各国发生饥荒,法国发生食品骚乱,瑞典许多人被迫吃冰原上的苔藓和猫。太平洋彼岸的美国也受到强烈的影响。

  按理说,美国大部分地区位于温带和亚热带,5—9月气候应该是炎热的。可是1816年的5—9月,美国却出现了意料不到的低温、大雪和霜冻。当时人们叫它是“没有夏季的一年”或“贫穷年”。4—5月份,本是春暖花开时节,美国东北部却突然出现了寒冷,打乱了正常的春播,植物的生长规律也出现了异常,许多果树到5月才发芽。本来5月是鲜花的季节,可是这一年,鲜花迟迟不开,像纽约等大城市街头上难得看到一两盆鲜花。

  一直到6月初,天气才逐渐暖和起来。比往年晚了2个多月,农民这时刚刚开始播种。可是没过几天,在北冰洋强烈冷空气的侵袭下,气温突然间又戏剧性地骤降,使刚刚有点喜色的农民脸上又蒙上了一层阴影。6月5日中午,威廉斯堡的气温还是28.3℃,到了6日上午7时,气温就降到7.2℃。20多小时内,气温骤降21.1℃,降温幅度之大,使人们从夏天一下子又回到了冬季,不得不又找出厚厚的毛料衣服,有的人还穿上了外套,戴上了手套,甚至有人还在家生火取暖呢。让人惊奇的是,6月6—9日,从加拿大到美国弗吉尼亚州,连续出现了霜冻,费城附近还结了冰,北佛蒙特州结冰厚达3厘米,有的地方还出现30厘米长的冰柱。在霜冻的袭击下,田地里的谷物和蔬菜僵硬了。天上的飞鸟也抗不住这骤降的温度变化,像黄瓜秧上的小虫一样被冻死了。更为离奇的是,6月6日,在纽约州、新罕布什尔和缅因州等地竟下起了雪。初夏这一段寒冷天气过后,总算出现了4个星期较好的天气,农民重新播了种。不料7月上旬又爆发了一次新的严寒,虽然不及6月份那样严重,但它再一次毁坏了农作物,农民开始预感到饥荒的威胁正在来临。7月下旬,老天又赐给人们一个喘息机会,天气回暖了。进入8月,看到作物有了一些起色,使人感到有了一点希望。

  谁知8月20日,东到缅因州的波特兰,南到康涅狄克州的温泽尔,寒潮和霜冻不期而至。紧接着又是9月份破坏性的严霜,使人们收获的希望彻底破裂了,最后收下来的庄稼,只能做饲料或当柴烧。这一年,美国东北部几个州的居民没有任何收成,许多人被迫背井离乡去外地逃难谋生。

  在美国,夏季气温这样低是很少见的。当地农民说这是天气出了毛病。而气象学家则认为,这样低温年与火山爆发有一定关系。在1812—1815年之间有3次较大的火山爆发。1812年加勒比海圣文森特岛苏弗里埃尔火山于4月27日爆发,石头、尘土和热烟冲上天空,连续喷发使巴巴多斯地面黑灰达13厘米厚,升到4.8千米高空的浓黑烟灰随着高空风吹到更远的地方。不久,1815年4月,印度尼西亚坦博拉火山大爆发,喷射物之多堪称史无前例。从开始喷发到结束,持续了近3年。

  历史上寒冷时期往往同火山爆发次数多、强度大的活跃时期有着一定的关系。有学者指出,过去200万年间几乎每次冰期的建立和急剧变冷都和大规模火山爆发有关。例如在1912年以前的150年,北半球火山爆发较频,所以气候相对比较寒冷。1912年以后至20世纪40年代北半球火山活动很少,大气混浊度减小,可以吸收更多的太阳辐射,因此气温增高,形成温暖时期。

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