北方的暴雨洪水 竟然和去年汤加火山喷发有关？
上周，华北地区尤其是北京的洪水，引发了全国民众的关注。很多人都想弄清楚，原本以天干物燥著称的北京，怎么突然就成了一片泽国。
当然，熟悉华北气候的人知道，这里夏季暴雨本身并不罕见。但今年的暴雨强度，确实可以说破天荒了。河北邢台有气象站记录到了累计降水量 1003 毫米的极强降雨，相当于三天内下了两年的雨；北京也有两个气象站的累计降水突破 700 毫米。加上早些时候屡破 40℃ 的高温，可以说，过去几个月里极端天气尽显无遗。
火山喷发与极端天气
为何今年夏天如此极端？长期的根本原因当然是人类活动叠加自然变化引发的气候变化，而今年的厄尔尼诺又让这一趋势变本加厉。不过除此之外，也有研究者在探索第三个因素带来的影响，比如 2022 年 1 月的汤加海底火山喷发。
汤加火山爆发卫星图，图片来源：Wikipedia
火山给人的第一印象当然是热。但其实，普通火山直接喷发出的热量很小，对全球气候毫无影响。气候学家关注的是火山的另一个侧面：它所喷发出的气体会影响大气层，从而改变地球从太阳吸收热量的水平。
正常情况下，火山对气候的最大影响来自硫。火山喷发会将大量物质投入高层大气，火山灰之类的物质会在几星期之内落回地面，但是二氧化硫和硫化氢则不同。它们会在平流层里发生化学反应，变成气溶胶状态的硫酸。这些硫酸所在的位置实在是太高了，不会直接变成酸雨落回地面，而是会一直飘荡在平流层里，环绕全球，持续数年之久。这些硫酸反射阳光的效果极其强烈，这会极大减少地球从太阳得到的热量。
所以，在一般情况下，火山喷发的结果应该是全球降温。历史上有一些著名的火山爆发导致明显降温的案例，俗称“火山冬天”。如 1991 年菲律宾皮纳图博火山爆发，令接下来两年里北半球最高温度降低了 0.5℃，而 1808 年的一座未知火山的爆发和 1815 年印尼坦博拉火山的爆发叠加令 1816 年北半球最高温度降低 1.7℃，造成了著名的“无夏之年”。气候模型认为 74000 年前多峇超级火山的爆发可能导致了全球 2.3℃~4.1℃ 的降温，并可能极大影响了当时古人类的生存。
在这里需要特别强调一下，虽然火山喷发在纸面上可以减缓全球变暖趋势，但这种剧烈扰动很容易引发局部地区的气候异常，可能加剧极端天气，而且其降温效果也并不长久，所以总体来说未必是好事。
接下来就要聊到今天的主角了：2022 年 1 月 15 日，太平洋岛国汤加境内的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊岛附近的海底，发生了一次强烈的火山爆发。这可能是 21 世纪迄今为止最大的火山喷发。这次火山和正常状态有一点不一样：它喷出的硫很少，水蒸气却异常多。
汤加火山爆发喷出的气体，图片来源：Wikimedia
水蒸气也是对气候有重大影响的气体，但它和硫的效果相反，不是降温，而是升温。实际上，水蒸气才是大气层里含量最多的温室气体。只不过，绝大部分水蒸气都停留在对流层里，升上去几天之内就会变成降水落回地面，很难向更高处爬升——这一点和二氧化碳那种能停留几十年几百年的温室气体截然不同。所以，水蒸气通常不是气候变化的直接推动者，只有当其他温室气体改变了大气特征之后，水蒸气才会通过反馈作用增加升温效果。
但这只是通常情况。汤加火山的喷发，直接把海量的水蒸气投入了更高的平流层，进入这里的水蒸气就没那么容易落回地面了。据估计，这次喷发共向平流层排放了 1.46 亿吨的水，直接令全球平流层的水含量增加了 10%~15%。相比之下，它向平流层喷射的硫氧化物，只有少得可怜的 42 万吨，相当于皮纳图博火山的 2%。这些水并不会直接导致地表的降水增加，但是它作为温室气体，可以间接对气候产生种种影响。
汤加火山刚刚喷发时，这些水汽还集中于喷发点附近。如今，喷发已经过去了一年多，额外的水蒸气已经扩散到全球，尤其南北半球的中高纬地区受影响最大。所以，它的影响延后了一年才真正表现出来。
火山喷发对气候有什么影响？
2023 年初，《自然-气候变化》的一篇论文对此进行了大致的估算。研究者认为，汤加火山喷出的水和硫折算之后是水占据了绝对优势，导致了全球均温升高 0.035℃。这个数字不是特别大，还可以算作气候系统里正常波动范围之内，但也足以让接下来 5 年均温异常偏高超 1.5℃ 的概率增加 7% 了。
不过这只是大致的全球性估算，没有考虑这些水蒸气具体的空间分布，也没有考虑它会如何影响天气。如果限定在某个区域内，它所造成影响完全可能远远大于此数。而且，这种平流层水含量急剧增加的场景，之前先例很少，研究相当缺乏。所以我们不清楚这些额外水蒸气的影响会持续多久，或许是几年甚至几十年。
当然，就研究本身而言，讨论的是汤加火山与全球气候变化本身之间的关系。但如果将气候变化陆陆续续带给我们的种种变化——包括具体的台风肆虐与洪涝灾害，我们也许可以更深刻地理解全球气候变化本身会给人类社会带来的巨大风险。
以大尺度而言，汤加火山爆发并非什么特别巨大的事件。但是，随着气候的基准值逐渐趋向极端化，原本正常范围内的波动也会越来越容易产生极端后果。无论这次火山喷发的实际效果如何，未来的类似事件几乎肯定会越来越多，越来越严重。
参考资料
[1] Tonga eruption increases chance of temporary surface temperature anomaly above 1.5 °C
[2] 10.1038/s41558-022-01568-2
[3] https://www.nature.com/articles/s41558-022-01568-2
