火山噴發(fā)與特大山火能夠向大氣中注入數(shù)百萬(wàn)噸的氣體與氣溶膠顆粒，其影響足以在激蕩全球氣溫的變幻中留下痕跡。在眾多錯(cuò)綜復(fù)雜的氣候驅(qū)動(dòng)因素背景下，想要精確捕捉某次特定事件的影響，其難度無(wú)異于在喧鬧擁擠的集會(huì)大廳中，辨聽(tīng)出某一個(gè)人的低語(yǔ)。

近日，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出一種精密的方法，能夠成功“靜音”背景噪音，識(shí)別出山火與火山噴發(fā)的特定信號(hào)。這項(xiàng)發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的研究，不僅捕捉到了這些自然事件在地球大氣溫度中留下的“指紋”，更揭示了它們對(duì)平流層與對(duì)流層影響的微妙差異。

研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，他們?cè)谌虼髿鉁囟鹊淖兓袡z測(cè)到了三個(gè)重大自然事件引發(fā)的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著信號(hào)。這三個(gè)事件分別是：1991年的皮納圖博火山噴發(fā)、2019年至2020年的澳大利亞山火，以及2022年發(fā)生在南太平洋的洪阿湯加海底火山噴發(fā)。

盡管每次事件的性質(zhì)迥異，但它們都對(duì)平流層產(chǎn)生了顯著影響。平流層位于對(duì)流層之上，而對(duì)流層作為大氣的最底層，正是近年來(lái)全球變暖加速最為顯著的地帶。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)將為科學(xué)家進(jìn)一步理清人為排放對(duì)全球氣溫變化的真實(shí)影響提供關(guān)鍵支撐。

研究結(jié)果顯示，皮納圖博火山表現(xiàn)出了典型的平流層升溫與對(duì)流層冷卻配對(duì)模式。相較之下，澳大利亞山火與洪阿湯加火山噴發(fā)雖然分別導(dǎo)致了平流層顯著的升溫或冷卻，但在事件發(fā)生后的頭兩年內(nèi)，它們并未在對(duì)流層產(chǎn)生可被全球檢測(cè)到的強(qiáng)勁信號(hào)。

不同于皮納圖博火山導(dǎo)致的全球降溫，澳大利亞山火和洪阿湯加噴發(fā)可能并未在近年來(lái)全球地表變暖的加速中扮演關(guān)鍵角色。這意味著，變暖背后必然存在其他主導(dǎo)因素。

在過(guò)去的幾年中，全球平均地表溫度接連創(chuàng)下歷史新高。世界氣象組織近期證實(shí)，2023年至2025年是有記錄以來(lái)最熱的三年，而過(guò)去11年則是史上最暖的11年。世界正在變暖，其主因是數(shù)個(gè)世紀(jì)以來(lái)人類活動(dòng)向大氣排放了海量的溫室氣體。

除了溫室氣體，大氣還承受著其他大規(guī)模的排放沖擊，包括火山噴發(fā)釋放的硫磺氣體和水蒸氣，以及山火產(chǎn)生的煙霧顆粒。李耀偉及其團(tuán)隊(duì)一直試圖探究，這些自然事件是否會(huì)對(duì)全球氣溫產(chǎn)生可檢測(cè)到的影響。

這些事件在注入物質(zhì)的高度和成分上都是非凡且獨(dú)特的。研究人員提出的核心問(wèn)題是：這些事件是否真的擾動(dòng)了全球氣溫，使其足以從自然的、氣象的“噪音”中脫穎而出？

團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)考察了三次大規(guī)模事件。皮納圖博火山向平流層注入了約2000萬(wàn)噸火山氣溶膠，這是現(xiàn)代衛(wèi)星儀器記錄到的最大量。澳大利亞火災(zāi)向?qū)α鲗由蠈雍推搅鲗幼⑷肓思s100萬(wàn)噸煙霧顆粒。

而洪阿湯加噴發(fā)則產(chǎn)生了衛(wèi)星記錄中最劇烈的大氣爆炸，將近150000000噸水蒸氣送入平流層。

在研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)采用了“信噪比”分析方法。通過(guò)盡量減少其他已知因素對(duì)全球氣溫的“噪音”干擾，從而分離出與特定自然事件相關(guān)的溫度變化“信號(hào)”。

他們首先查閱了自1979年以來(lái)測(cè)量不同高度全球氣溫的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自平流層探測(cè)單元以及微波和高級(jí)微波探測(cè)單元。團(tuán)隊(duì)匯編了從1986年至今的所有觀測(cè)記錄。

從這些測(cè)量結(jié)果中，研究人員可以清晰地看到對(duì)流層持續(xù)升溫和平流層持續(xù)冷卻的長(zhǎng)線趨勢(shì)。這些長(zhǎng)期趨勢(shì)主要與人為產(chǎn)生的溫室氣體有關(guān)，團(tuán)隊(duì)首先從數(shù)據(jù)集中減去了這部分影響。

即便如此，剩下的基準(zhǔn)線中依然包含由厄爾尼諾、拉尼娜以及大約11年周期的太陽(yáng)活動(dòng)引起的自然變率。團(tuán)隊(duì)充分考慮了這些復(fù)雜的變數(shù)，并將這些自然波動(dòng)的效應(yīng)從數(shù)據(jù)中逐一剔除。

在最大限度地降低此類噪音后，剩下的任何溫度變化都可以更容易地追溯到那三次大規(guī)模自然事件并進(jìn)行量化。當(dāng)團(tuán)隊(duì)將事件發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與溫度測(cè)量值對(duì)齊時(shí)，每種事件如何影響全球氣溫的軌跡便清晰可見(jiàn)。

研究發(fā)現(xiàn)，在皮納圖博火山噴發(fā)后的兩年多時(shí)間里，全球?qū)α鲗訙囟认陆盗思s0.7攝氏度。火山硫酸鹽氣溶膠充當(dāng)了無(wú)數(shù)微小的反射器，將陽(yáng)光散射回太空。留在平流層的氣溶膠吸收了地表發(fā)出的熱量，進(jìn)而導(dǎo)致平流層升溫。

這一結(jié)果與以往對(duì)該事件的研究相吻合，證實(shí)了該方法的準(zhǔn)確性。隨后，他們將相同的方法應(yīng)用于影響尚不明確的澳大利亞山火和洪阿湯加噴發(fā)。

對(duì)于澳大利亞山火，他們發(fā)現(xiàn)煙霧顆粒導(dǎo)致全球平流層升溫幅度高達(dá)0.77攝氏度，這種影響持續(xù)了約五個(gè)月，但未在對(duì)流層產(chǎn)生明確的信號(hào)。由于煙霧顆粒在化學(xué)性質(zhì)上與硫酸鹽完全不同，深色的顆粒能高效吸收太陽(yáng)輻射，因此即使是相對(duì)少量的煙霧也能引起劇烈的升溫。

至于洪阿湯加火山，這次海底噴發(fā)導(dǎo)致平流層中上層出現(xiàn)全球降溫效應(yīng)，降溫幅度達(dá)0.5攝氏度，并持續(xù)了數(shù)年。雖然這些事件在平流層高處造成了顯著的沖擊，但由于它們未能解釋對(duì)流層的持續(xù)高溫，這反而更強(qiáng)烈地指證了人類活動(dòng)的影響。