历史时期火山喷发对中国气候研究中的序列对比

汉莫（Hammer）等（1980年）研究了格陵兰克莱特（71°N，37°E）冰芯（553～1972）酸度（见图5-9），高于背景值1.2±0.1μequiv.H+/kg的酸度被认为主要来源于火山喷发，克莱特冰芯被认为良好地记录了20°S以北地区火山喷发的历史。该冰芯测年误差由下向上减小，底部553年处的测年误差为±3年，至1072年前后减小为±1年（Hammer等，1980年）。若定年误差变化是线性的，那么有：

图5-9　克莱特冰芯酸度610～969年段（Hammer等，1980年，最高的30个峰的年代已标出）

Y=AX+B

Y为定年误差，X为公元年，A与B为待定系数。

已知此直线通过两个点（553，3），（1072，1），

解得A=-0.003 85，B=5.13；

Y=-0.003 85X+5.13，据此可得克莱特冰芯各点的定年误差。

由此，克莱特冰芯610～969年段底部610年的定年误差最大，约为±2.8年，向上误差逐渐减小，顶部969年在±1.4年。经四舍五入，610～682年段定年误差为±3年，683～942年段定年误差为±2年，943～969年段定年误差为±1年。泽林斯基等（1994年）研究了格陵兰GISP2（72.6°N，38.5°E）冰芯残留量，高残留（≥25ppb）被认为是北半球具有气候影响的火山喷发的指示。GISP2的近2000年部分定年误差约为±2年，我截取了其中610～959年段（见图5-10）。

图5-10　GISP2冰芯610～959年的高残留量记录（Zielinski等，1994年）

克莱特冰芯酸度和GISP2冰芯残留量的高低除受控于火山喷发的强度外，还与火山的地点有关（Hammer等，1980年；Zielinski等，1994年）。克莱特和GISP2都位于格陵兰，有利于近距离和/或北半球高纬度地区（例如冰岛）火山喷发物质的沉积，形成比远距离和/或北半球低纬度地区同等强度火山喷发更高的峰值。因此泽林斯基（1994年）给出的已知能与上述GISP2冰芯残留量相对应的火山喷发全部位于北半球中高纬度地区。我认为北半球中高纬度地区的火山喷发在克莱特冰芯和GISP2冰芯中记录最为完整。

我们以早川（1996年）过去两千年世界火山喷发目录（M＞3.8，M=lgm-7，m表示喷出岩浆的总质量kg）为基础，根据早川过去两千年日本火山喷发目录610～959年段M＞3.8部分进行增补订正，得到610～959年世界火山喷发目录（见图5-11，M＞3.8，某年如有多次火山喷发则计M值最高的那次）。该目录中三分之二是日本火山喷发，因此该目录所记日本火山喷发是最为完整的。早川目录中，684年（684年11月26日），764年（764年1月），766年，771年，788年（788年4月14日），838年（838年7月29日），864年（864年6月），874年（874年2月35日），885年（885年8月25日），886年（886年6月29日），887年（887年8月22日），915年（915年8月17日）的喷发是依据最直接的日本火山喷发历史文献记录，定年最为精确可靠，其余各次喷发的定年精度不详。

图5-11　610～959年世界已知火山喷发（M＞3.8，虚线表示M值待定）（Hayakawa，1996年，1999年）

把火山活动与我重建的唐五代时期气候冷暖变化相比，可以发现在长期变化趋势上，克莱特冰芯酸度也在9世纪上半叶出现一个明显的高值时期，指示了一个火山活动的活跃期。由于没有原始数据，难以准确确定这一高值时段的起讫年限，若粗略地以797年和848年两个峰为界，则此时段为797～848年，在克莱特冰芯610～969年段最高的30个峰值中有11个位于797～848年时段。在GISP2冰芯和增订后的早川世界火山喷发目录中，这一火山活动活跃期并不明显，可能与这两个序列不够连续和早川目录以日本火山喷发为主有关。

上文得到唐五代时期存在一个显著的寒冷时期，大致相当于9世纪上半叶。初步得到的起止时间是794～844年，与克莱特冰芯记录的797～848年火山活动的活跃期非常相近。事实上，在797年和849年，中国也分别有两条和一条冷异常记录。797年1月，“大雪甚寒，竹柏柿树多死”，5月10日大雪；849年春，“陨霜杀桑”。克莱特冰芯记录的9世纪上半叶火山活动的活跃期和中国历史文献记录的寒冷时期在时间上是非常一致的。这就强烈地提示我们，中国9世纪上半叶的寒冷时期很可能是频繁的火山喷发造成的。由于克莱特冰芯主要记录北半球中高纬度地区的火山喷发，可以更进一步认为，中国9世纪上半叶的寒冷时期很可能是北半球中高纬度地区频繁的火山喷发造成的。在布里法集成的树轮中，这一冷期也很突出，但仅以公元800～810年最为显著，其后则不很明显。

如果将中国历史文献记录的99个冷异常逐一与上述三个火山喷发序列（其中克莱特冰芯姑且取最高的30个峰）对比，在99个冷异常中有69～75个对应火山喷发：

627年、628年、629年三个冷异常对应克莱特的623±3年的峰和早川目录的623年喷发。

648年、651年两个冷异常对应克莱特的648±3年峰和早川目录的650年喷发。

656年的冷异常对应早川目录的654年喷发。

670年两个冷异常对应克莱特的669±3年的峰。

679年、681年、682年三个冷异常对应克莱特的679±3年的峰。

694年、695年两个冷异常对应克莱特的694±2年的峰和GISP2的691±2年、695±2年、696±2年的峰。

701年、704年、705年三个冷异常对应早川目录的700年喷发和GISP2的702±2年的峰和克莱特的703±2年的峰。

726年、727年、730年其中应有一个或两个冷异常对应克莱特的728±2年的峰。

765年、768年、769年三个冷异常对应早川目录的764年、766年喷发和GISP2的767±2年的峰。

772年的冷异常对应早川目录的771年喷发。

797年两个冷异常对应克莱特的797±2年的峰。

801年两个冷异常对应早川目录的800年喷发，803年、804年共三个冷异常也可能与之对应。

811～817年共十个冷异常对应早川目录的810年喷发和克莱特的813±2年、815±2年的峰。

819年的冷异常对应克莱特的815±2年或821±2年的峰。

820～825年共七个冷异常对应克莱特的815±2年、821±2年、825±2年的峰和GISP2的822±2年、823±2年的峰。

827年的冷异常对应克莱特的825±2年或829±2年的峰。(www.xing528.com)

829～832年共五个冷异常对应早川目录的829年喷发和克莱特的829±2年或831±2年的峰。

836年、838年、839年三个冷异常对应克莱特的835±2年、838±2年、841±2年的峰和早川目录的838年喷发。

843年、844年两个冷异常对应早川目录的840年喷发和克莱特的841±2年峰。

849年的冷异常对应克莱特的848±2年的峰。

865年的冷异常对应早川目录的864年喷发。

887年的冷异常对应早川目录的885年、886年、887年喷发。

902年、903年、904年、905年共五个冷异常对应克莱特的899±2年的峰和早种目录的900年喷发和GISP2的900±2年、902±2年的峰。

918年、919年两个冷异常可能对应GISP2的915±2年的峰和早川目录的915年喷发。

939年、940年、941年、942年四个冷异常对应克莱特的934±2年、942±2年的峰和早川目录的934年喷发和GISP2的936±2年、938±2年、939±2年的峰。

948年的冷异常对应早川目录的946年喷发。

951年、952年两个冷异常对应早川目录的950年喷发。

以上只是初步的对比，并不意味着这69～75个冷异常都是火山喷发造成的，但这却提示我们，火山喷发对唐五代时期中国气候冷暖变化可能有着重要的影响。作为更进一步的分析，下面用一个火山喷发序列与三个气候冷暖变化序列进行对比（见图5-12）：

图5-12　唐五代时期（618～959）气候冷暖变化与火山喷发的对比

忽略定年精度和喷发规模的不同，把上述三个火山喷发序列合并成一个序列。

中国历史文献记录的冷异常作为一个序列。

布里法集成的欧亚高纬度地区树轮序列。

日本历史文献记录的冷异常（618～959）作为一个序列（见表5-2）。该序列资料来源于《日本气象史料》。

表5-2　日本历史文献记录的冷异常（618～959）

续表

续表

续表

由图5-12和表5-1、表5-2可见，在三个气候冷暖变化序列中都有表现的冷事件存在于：626～629年、682年前后、902～905年、940年前后（埃尔加Eldgjá事件）。需要指出，这里用三个序列对比发现的欧亚地区大范围的冷事件可能并不完整。

第一，中国的历史文献记录在9世纪中叶可能有缺失，而日本历史文献记录和布里法树轮记录显示，在854～855年前后可能存在一个欧亚地区大范围的冷事件，这个可能存在的冷事件也与火山喷发相对应。

第二，日本的历史文献记录在9世纪中叶以前非常稀少，明显不完整，例如前文所讨论的9世纪上半叶中国的寒冷时期在日本并无表现，可能与日本历史文献的不完整有关。

第三，布里法树轮仅指示夏季温度变化，其他季节温度变化并无有效表现。

把火山喷发序列归并后进行分析虽然直观，但忽视了不同火山喷发序列对不同火山喷发定年精度的差异。下面对这些冷事件进行初步的个案分析，其中626～629年和940年前后的冷事件（埃尔加事件）前文分析较为深入。此外，中国和日本历史文献记录表明，两地还存在一些时间上大致吻合的冷异常，其中以881～882年、886～888年较为强烈，也拟作初步分析。

在个案的分析讨论中，我把太阳辐射异常暗淡（如“日无光”“日色赤”等）、干雾和可能属于毕旭甫光环（Bishop's Ring）的历史文献记录都作为火山喷发的可能指示，是鉴于很多火山喷发后都会出现这种现象，一般认为，这些现象都可能与火山喷发后形成的平流层气溶胶反射、散射太阳辐射有关（Stothers & Rampino，1983年；De Silva & Zielinski，1998年；Stothers，1984年a；Fiacco，1994年；Zielinski，2000年；Thordarson，2001年）。