中国气候研究中的历史火山喷发效应

人类对火山喷发气候效应的认识具有悠久的历史。距今约两千年前，希腊的普鲁塔克（Plutarch，约45～120）等人提出公元前44年的埃特纳（Etna，37.7°N，15.0°E）火山喷发使阳光被遮挡，造成寒冷的天气，导致农业歉收，引发罗马与埃及的饥荒（Forsyth，1988年；Robock，2000年）。18世纪80年代，本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin，1706～1790）推测1783年冰岛拉喀基噶（Lakagígar，又名Laki）火山喷发可能导致欧洲1783年夏季和1783/1784年冬季的异常寒冷（Franklin，1784年）。20世纪初，有学者指出火山喷发后的气候变冷与喷发后平流层气溶胶的辐射效应有关（Humphreys，1913年）。

人们日益深刻地认识到，火山喷发是气候变化的一个重要原因（Lamb，1970年；Schneider & Mass，1975年；Bryson & Goodman，1980年；Kelly & Sear，1984年；Sear等，1987年；Mann等，1998年；Robock，2000年；Crowley，2000年；Zielinski，2000年）。

火山喷发后持续数年的全球性或半球性气候变冷是火山喷发气候效应最主要的组成部分。这种气候变冷的主要机制是：火山喷发在平流层形成气溶胶，并在平流层存在数年，这种气溶胶散射和吸收太阳辐射，减少到达对流层和地表的太阳辐射，影响大气环流，造成对流层和地表持续数年的气候变冷等气候异常现象。气候变冷是相对于全球或半球的年平均气温而言的，并不排除区域性和/或季节性的气候变暖，例如，火山喷发后的冬季变暖现象就是一个备受关注的方面。

研究火山喷发的气候效应，现代气象观测资料是最为理想的。把现代气象观测开始较早的欧洲、北美地区四个温度序列与1740年以来所有大规模的火山喷发作对比，可以发现几乎每次大规模的火山喷发后的几年，气温都低于序列平均值或喷发前数年平均值，当把北半球作为整体讨论时，这一现象更为显著（Angell & Korshover，1985年）。有研究表明，在过去一百多年中，大规模火山喷发后2年，全球平均气温会下降0.1～0.2℃，但这种气候效应具有显著的季节差异和区域差异，并且北半球经常会出现异常温暖的冬季（Robock & Mao，1992年，1995年；Kirchner等，1999年）。

现代气象观测的历史毕竟太短了，在这个时间段内发生的火山喷发在规模和类型等方面都有限，据此获得的对火山喷发气候效应的认识还是很不够的（Zielinski，2000年）。对于有气象观测以前的火山喷发气候效应的研究，树轮序列是应用较为广泛的资料源。综合美国西部7个地点的狐尾松（bristlecone pine）霜轮（frost ring）记录，发现在记录比较完整的过去400年，霜轮和火山喷发在时间上相当一致（La Marche & Hirschboeck，1984年）。在内华达山脉地区（Sierra Nevada）的上林木线（upper timberline）位置，对温度变化敏感的树轮宽（ring width）变化与火山喷发显著相关，多数显著极小值都可以和重大火山喷发对应（Scuderi，1990年a）。根据集成的指示过去600年北半球逐年夏季温度变化的树轮序列，过去600年火山活动和北半球夏季温度变化显著相关，大规模的火山喷发都在不同程度上造成了北半球的气候变冷（Briffa等，1998年）。过去2000年中几次大规模火山喷发后，蒙古和西伯利亚树轮记录的温度变化，多数树轮序列都记录到了显著的降温，但确实也有不少例外（D'Arrigo等，2001年）。

历史文献资料是进行历史时期火山喷发气候效应研究的一种重要而又独特的资料，目前开展研究较多的是基于欧洲和中东等地区的历史文献进行的火山喷发气候效应个案研究。例如：1815年印度尼西亚坦博拉（Tambora）火山喷发气候效应，即1816年出现著名的“无夏之年”（Stothers，1984年a；Harington，1992年）；1783年冰岛拉喀基噶（Grattan & Brayshay，1995年；Stothers，1996年，1999年；Demarée and Ogilvie，2001年）；1600年秘鲁怀纳普第纳（Huaynaputina，Pyle，1998年）；1258年前后未知名火山喷发（Stothers，2000年）；934年前后冰岛埃尔加（Eldgjá，Stothers，1998年）火山喷发；626年前后未知名火山喷发（Stothers，1999年）；536年前后未知名火山喷发（Stothers，1984年b，1999年）等。(www.xing528.com)

相形之下，基于中国历史文献资料的火山喷发的气候效应研究并不多。张富国与张先恭（1994年a，b）、李靖与张德二（2005年）等研究发现，火山喷发对我国旱涝形势的影响可能相当复杂，在华北地区与在长江中下游地区的影响有很大不同，并且与火山的类型、地理位置、火山喷发的季节等因素有关。Shen等（2007年a）基于过去500年地方志旱涝史料，定义了三次极端干旱事件，发现它们由火山喷发引起，并因为火山喷发与厄尔尼诺（El Niño）事件而加强。Shen年（2007年b）则发现在华北地区和长江中下游地区大范围的干旱与低纬度地区大规模火山喷发可能显著相关。

国内关于火山喷发对气温的影响研究反而少于对降水的影响研究，这与国外不同。并且，基于气候序列进行的对比研究多于对气候事件的个案研究。不同研究者在分析方法上不断改进，但分析所依据的史料却较少革新，多为地方志的史料，尤其是中国近五百年旱涝等级资料[中央气象局气象科学研究院（1981年）于20世纪70年代对明清时期地方志中的旱涝史料进行了一次整编，编为《中国近五百年旱涝分布图集》]。火山喷发对降水影响的机制非常复杂，目前还很不明确，而且降水的区域分异本身就比气温要复杂，所以这方面的研究只能取得很有限的认识。在国际学术界，学者对火山喷发对气温变化的影响研究的重视程度远高于对降水变化的研究。中国历史文献浩如烟海，除地方志以外还有很多史料也蕴含气象信息。笔者认为，今后尤须努力寻找新的史料，大力加强火山喷发对气温变化的影响研究。

与国外历史文献资料类似，中国历史文献中关于气温的史料分布不均衡，难以建立近数百年的气温序列，因而不利于进行序列对比分析，但可以扬长避短，对部分史料相对丰富的个案进行分析。中国历史文献源远流长、浩如烟海，比世界上大多数国家都有优势，可以解决其他国家受限于历史文献稀少而难以研究的较早历史时期火山喷发气候效应。

就笔者所知，最早的基于中国历史文献的历史时期火山喷发气候效应的个案研究是对公元前40～50年未知名火山喷发气候效应的研究（Bicknell，1993年）。此外，坦博拉火山喷发与1815～1817年云南等地区的低温灾害的可能联系也有学者进行了探讨（杨煜达等，2005年；Gao等，2017年）。