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汤加火山喷发的水汽对全球气候的可能影响 精选

已有 4120 次阅读 2022-9-28 20:48 |个人分类:文章|系统分类:科普集锦

汤加火山爆发动画.gif

水汽是大气中重要的温室气体,根据IPCC报告的描述,其温室效应是二氧化碳的23倍。但在评估温室气体对气候变化的推动作用时,人们似乎更关注二氧化碳,较少提及水汽。其原因是大气中的水汽含量主要受气温控制,而不是由排放量控制。科学家认为大气中水汽含量的增减是对气候变化的一种反馈,而不是作用力。

 

气温每升高一度,大气可以多保留大约7%的水汽。浓度的增加放大了温室效应,因此导致大气增暖幅度提升。这一过程被称为水汽反馈,已得到合理的解释并有了量化结果。在气候变化的模型中,所计算的强度与实际观测结果保持了一致性。因此,虽然水汽不是重要的初始作用力,但却是气候变化的基本因素。

 

人类活动也确实会向大气中注入额外的水汽,如通过灌溉农作物会促使水汽蒸发增加。但水汽与二氧化碳的重要不同点是可以在大气中形成凝结并产生沉降。高湿空气遇冷后会产生凝结,以雨滴或雪花的形式回落到陆地或海洋。蒸发到大气中的水汽存在滞留周期约为十天,在大气低层(对流层)的蒸发、沉降循环中,因人为输入大气的水汽比自然蒸发的水汽要少很多,对总浓度的影响可忽略不计,也不会对长期温室效应产生重大影响。

 

在大气高层(平流层以上),会出现另一种情况,由于人类活动导致甲烷浓度增加,通过氧化作用会导致额外的水汽增加。平流层水汽的变化会产生辐射影响,被认为是气候变化的作用力,是可以评估的。因此,平流层中的水汽增加,对气候变化而言,可以认为强迫与反馈的双重过程同时存在,但相对于甲烷和二氧化碳而言,其作用要小得多。

 

以上观点,在IPCC评估报告中有较清晰的阐述,解释了在通常情况下气候变化中水汽的作用。但今年以来,出现了突发事件,导致了大气中额外水汽的增加,对气候变化会造成怎样的影响,引起了人们的关注。

 

根据今年71日美国加州理工学院喷气动力实验室(JPL)的研究人员在线发表在《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)杂志上的一篇文章,位于海平面以下150米处的火山口剧烈爆炸喷发后,将大约160900吨额外水汽喷射到大气平流层到中层的高度,最高处达53公里(0.46 hPa)。通过美国宇航局(NASA)的Aura卫星上的微波探测仪(MLS)分析结果,此次爆发使平流层大气中的水汽量含量增加了约10%,是自从有了气象卫星观测以来,所观测到的向平流层注入水汽量最大的一次。

 水汽异常.jpg

根据文章的分析,这次火山喷发过程中的水汽影响可能导致最具破坏性的结果。注入的额外水汽将在平流层滞留约5年时间,会提升温室效应,对地表起到增温作用。在气候变暖的大背景下,这一影响显然会起到负面助推作用。

 

另一方面,水汽进入平流层后,还会对臭氧层起到破坏作用,这一结果会加剧地球上生物受到来自太阳的紫外辐射伤害。平流层的水(H2O)会随时间分解出OH离子,这些离子可以与三个氧原子组成的臭氧(O3)发生反应,生成水和氧气。这一个过程对臭氧层会产生怎样的影响尚不十分清晰,仍在研究过程中。

 

水汽增加也存在正面影响,研究人员还认为,水汽可以减少大气中甲烷(CH4)的含量,甲烷则是导致气候变暖的主要温室气体之一。与臭氧反应类似,OH离子也可以与甲烷反应产生水和甲基(缺少一个氢原子的甲烷),其在大气中产生的温室效应比甲烷要弱很多。因此,对甲烷的这种消耗有可能会抵消部分由水汽引起的的增暖效应。

 

对汤加火山喷发的气候影响效果研究仍在进行中,虽然取得了一些初步进展,但以此得出明确的结论为时尚早。量化的卫星探测信息确实给出了非常有价值的信号,五年的水汽生存周期不算短,对可能产生的后续影响需要进一步关注,包括可能诱发的气候效应及可能出现的极端事件。

 

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