火山喷发对气候影响信号的检测

该文从时序叠加和序列分析两个方面系统地评述了近年来火山活动影响气候的研究进展和代表性工作。给出了火山活动特征，如火山喷发强度、喷发位置和季节等对气候影响的时空分布规律。讨论了与之有关的几个重要问题，如火山指标，火山活动影响气候的途径及其和ENSO的联系等。最后指出了今后研究的几个方向。     

火山活动对气候的影响

重大的火山喷发对气候的影响表现为地面温度降低，由于火山喷发存在季节、纬度和强度的差异，因此喷发物的空间分布特征不同，对辐射的影响也不同，降温出现的时间和降温的幅度不一致。中高纬喷发的火山主要影响发生喷发的半球，而中低纬的喷发可影响到全球，且影响时间较长；不同季节的火山喷发后，高纬度的温度响应较低纬明显，夏季的温度响应较冬季明显。有关火山活动对降水的影响目前已有了一些研究，但由于降水序列中火山信号较弱，同时还有ENSO等其他因子的影响，客观地分辨出火山的影响较复杂，目前尚无一致结论。     

平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

平流层火山灰气溶胶层对全球温度影响的敏感性研究

本文的数值实验结果表明:火山喷发主要造成全球性降温，火山所在的纬度和喷发的季节都可以对喷发后全球温度变化的形式产生影响。需要特别注意的是，火山喷发，尤其是北半球高纬春夏季节的喷发，能产生很强的冷夏作用，可能会对全球天气、气候的变化产生深远的影响。     

火山活动与我国旱涝、冷暖的关系

本文根据近五百年的火山资料,研究了大火山的喷发与我国旱涝、冷暖的统计关系。发现火山活动对气温的影响比对降水的影响要明显得多。而且在火山喷发后我国有两次降温,分别出现在火山喷发后第8个月和第18个月。第二次降温比第一次降温要强烈得多。1951年以来,我国东北地区夏季低温冷害的发生可能与≥2级的火山喷发有一定联系。     

火山爆发对新疆气候的影响

利用1961～1993年新疆的辐射、气温和降水资料，分析了火山爆发指数VEI≥4级的火山爆发对气候的影响。分析表明：火山爆发可以作为短期气候预报的背景条件；强火山爆发后的1～2年中，新疆的太阳直接辐射有明显减少；年平均气温和各季平均气温都有不同程度的下降，其中新疆北疆秋季气温下降最明显；1992～1993年新疆夏、秋季的低温是1991年6月菲律宾VEI6级的Pinatubo火山强烈喷发的结果。     

火山活动对气候影响的统计分析

每次火山喷发都会导致降温,全球性降温0.05℃,地区性降温0.2℃,并且会持续到第二年,其后逐渐平息。但是,除此以外,数年后仍存有影响。这并不就是直接的阳伞效应,而是由于气候系统中有自我调节机制,此机制因火山喷发而受刺激,引起变动,从而持续发生影响。另外,在火山活动的变动中,有70年左右的周期性,在气温长周期变动中也有这种反映。     

利用MODIS-GOCART气溶胶资料研究中国东部地区气溶胶直接辐射强迫

利用MODIS-GOCART同化的2001年逐月气溶胶光学厚度资料，在修改区域气候模式RegCM2辐射方案的基础上，连续积分5年获得平均的中国东部地区气溶胶短波和长波直接辐射效应，并通过数值试验研究了气溶胶垂直分布对辐射强迫及其气候响应的影响。结果表明：气溶胶的短波辐射效应能冷却地表、加热大气；长波辐射效应能加热地表、冷却大气；大气顶净辐射强迫年平均为-4．1W／m^2；辐射强迫绝对值在春季最大，夏季次之，冬季最小；模拟区域中最大辐射强迫值主要位于华北、华南地区及四川盆地；气溶胶垂直分布是影响气溶胶辐射强迫的重要因素。总体上气溶胶层越靠近地面，大气顶辐射强迫绝对值越大，地表辐射强迫绝对值越小，大气顶辐射强迫对垂直分布较敏感；气候系统的反馈作用会放大气溶胶垂直分布对辐射气候效应的影响。     

读图

<正>火山喷发的气候效应在美国科学院(NAS)最新发表的关于火山喷发的研究报告中,描绘了不同量级和持续时间的火山喷发对地球大气的影响。图中用喷发持续时间和岩浆量描述火山对大气的影响。来源:NAS亚洲高原冰川:区域应对干旱的重要缓冲机制     

1992年全球平均温度下降0.3℃

1992年全球平均温度比皮纳图博火山喷发前一年期间下降了0.3℃,使之成为70年代以来最凉的年份之一。气象学家把全球温度下降归咎于1991年6月皮纳图博火山的喷发。在1992年的头几个月内,气温急剧下     

Volcanoes and Climate: Sizing up the Impact of the Recent Hunga Tonga-Hunga Ha'apai Volcanic Eruption from a Historical Perspective

An undersea volcano at Hunga Tonga-Hunga Ha'apai (HTHH) near the South Pacific island nation of Tonga, erupted violently on 15 January 2022. Potential climate impact of the HTHH volcanic eruption is of great concern to the public; here, we intend to size up the impact of the HTHH eruption from a historical perspective. The influence of historical volcanic eruptions on the global climate are firstly reviewed, which are thought to have contributed to decreased surface temperature, increased stratospheric temperature, suppressed global water cycle, weakened monsoon circulation and El Ni?o-like sea surface temperature. Our understanding of the impacts of past volcanic eruptions on global-scale climate provides potential implication to evaluate the impact of the HTHH eruption. Based on historical simulations, we estimate that the current HTHH eruption with an intensity of 0.4 Tg SO₂ injection will decrease the global mean surface temperature by only 0.004°C in the first year after eruption, which is within the amplitude of internal variability at the interannual time scale and thus not strong enough to have significant impacts on the global climate.     

对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响

通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现,模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征,但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响,结果表明:对流层气溶胶对平流层气候有明显影响,平流层化学过程在这一影响中起重要作用,而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡,影响对流层的温度和大气环流,进而影响行星波的上传,使得平流层气候发生变化;影响区域主要位于高纬度和极地地区,南半球的变化比北半球大,温度变化最大达10 K,纬向风变化最大可达12 m/s,臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。     

平流层信号在冬季短期气候预测中的应用

平流层大气环流异常信号被认为对冬季对流层短期气候预测或中长期天气预报具有先兆性指示意义,但到目前为止,仍未真正用于短期气候预测。为了获取更多运用平流层环流异常信号预测对流层及地面短期气候的经验,该文利用北半球环状模 (NAM) 信号对2011—2012年冬季我国北方短期气候进行4次预测,并将预测结果与实况进行对比。在4次短期气候预测中,第2次和第3次预测结果与实况吻合很好:第2次成功预测了1月中旬到2月中旬我国东北和华北地区偏冷,第3次则成功预测了这种偏冷状态的持续。成功的主要原因是2011年12月—2012年2月平流层信号周期确定,且对流层和平流层之间动力耦合关系已经建立完全,平流层异常信号在该时段对流层和地面短期气候具有较强指示意义。     

Simulation of the intensity and polarization of skyligill during twilight period

Monte-Carlo method is applied to simulate the intensities and degrees of polarization in twilight sky after the eruption of the El Chichon volcano and during the 1977 volcanically quiet period, respectively. The results coincide well with the observations. It is found that the significance of multiple scattering is com-pletely different in these two periods; the background concentration of stratospheric aerosols has probably increased since the 1960’s. It is necessary to study the cause of the increase and its impact on climate.     

The effect of ozone photochemistry on atmospheric and surface temperature changes due to increased CO2, N2O,CH4 and volcanic aerosols in the atmosphere

Abstract

A coupled 1‐D radiative‐convective and photochemical diffusion model is used to study the influence of ozone photochemistry on changes in the vertical temperature structure and surface climate resulting from the doubling of atmospheric CO₂, N₂O, CH₄ and increased stratospheric aerosols owing to the El Chichón volcanic eruption. It is found when CO₂ alone is doubled, that the total ozone column increases by nearly 6% and the resulting increase in the solar heating contributes a smaller temperature decrease in the stratosphere (up to 4 K near the stratopause level). When the concentration of CO₂, N₂O and CH₄ are simultaneously doubled, the total ozone column amount increases by only 2.5% resulting in a reduced temperature recovery in the stratosphere. Additional results concerning the effect of the interaction of ozone photochemistry with the stratospheric aerosol cloud produced by the El Chichón eruption show that it leads to a reduction in stratospheric ozone, which in turn has the effect of increasing the cooling at the surface and above the cloud centre while causing a slight warming below in the lower stratosphere.     

平流层臭氧变化对对流层气候影响的研究进展

平流层对对流层的作用是准确评估、预测对流层气候变化的一个重要方面。其中平流层成分尤其是臭氧的变化,可以改变平流层乃至对流层的辐射平衡,从而影响平流层、对流层的热动力过程。本文从辐射、动力2个角度介绍了平流层臭氧影响对流层气候变化的若干研究进展。平流层臭氧可以通过长短波辐射的方式对对流层大气造成辐射强迫,利用大气化学气候模式可以定量计算平流层臭氧变化引起的辐射强迫,但是辐射强迫的估算受模式中辐射传输模块本身缺陷的影响存在不确定性。动力方面,平流层臭氧变化产生的辐射效应可以改变温度的垂直和经向梯度,造成波折射指数的变化,进而影响平流层甚至对流层内波的折射与反射,通过上对流层下平流层区域内的波—流相互作用,对对流层气候产生影响。另外,南极臭氧损耗可通过大气环状模影响冬春季中高纬度对流层的天气气候,但是其影响的强度大小以及物理机制仍需进一步的确认。值得注意的是,北极平流层臭氧的变化与北半球中高纬度气候变化之间的关系相比南半球要更加复杂,需要更为深入的研究。     

Simulating the effects of the 1991 Mount Pinatubo volcanic eruption using the ARPEGE atmosphere general circulation model

The climate changes that occured following the volcanic eruption of Mount Pinatubo in the Phillippines on 15 June 1991 have been simulated using the ARPEGE atmosphere general circulation model （AGCM）. The model was forced by a reconstructed spatial-time distribution of stratospheric aerosols intended for use in long climate simulations. Four statistical ensembles of the AGCM simulations with and without volcanic aerosols over a period of 5 years following the eruption have been made, and the calculated fields have been compared to available observations. The model is able to reproduce some of the observed features after the eruption, such as the winter warming pattern that was observed over the Northern Hemisphere （NH） during the following winters. This pattern was caused by an enhanced Equator-to-pole temperature gradient in the stratosphere that developed due to aerosol heating of the tropics. This in turn led to a strengthening of the polar vortex, which tends to modulate the planetary wave field in such a way that an anomalously positive Arctic Oscillation pattern is produced in the troposphere and at the surface, favouring warm conditions over the NH. During the summer, the model produced a more uniform cooling over the NH.     

CLIMATE EFFECT OF THE LAST LARGE ERUPTION OF TIANCHI VOLCANO

Volcanic eruption is an important external forcing factor of climate change on time scale frommonth to hundred years.In this paper,the climatic effect of the last large historical eruption ofTianchi volcano,which happened in 1229 AD,has been investigated with a two-dimensionalenergy balance model.Taking Mt.Pinatubo volcano and Changbai Mountain-Tianchi volcano forexample,the numerical simulation on time scale from months to years indicates that such largeeruptions may have significant impacts on global climate.Based on the simulation results,it issuggested that the last large eruption of Tianchi volcano should be responsible for the abruptclimate change event,which began in the period from 1230 to 1260 AD.