编者按
近日，南太平洋岛国汤加的一座海底火山发生大规模爆发并引发越洋海啸，影响太平洋沿岸诸多国家。
作为近30年来最强的火山爆发事件之一，汤加火山爆发将对全球气候产生怎样的影响？火山爆发之后，热带太平洋的拉尼娜是否会提前结束或转变为厄尔尼诺？我们第一时间就此次火山爆发的相关背景及后续影响作了梳理分析，分享给所有读者。下文来自凯丰投资基础研究团队。
1. 汤加火山爆发的过程
2022年1月15日12时27分（北京时间），南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛（Hunga Haʻapai）海底火山（20.5oS，175.4oW）发生大规模喷发（如图1）。
图1 气象卫星拍摄到的汤加火山爆发图像
来源：NOAA、NASA、JMA、凯丰投资
备注：左图为GOES-17，右图为葵花8。
洪阿哈阿帕伊岛火山位于汤加首都努库阿洛法（Nuku'alofa）以北约65公里处，处在太平洋板块与印度-澳大利亚板块俯冲边界上，是汤加-克尔马德克群岛火山弧的一部分。火山前身是一座海底火山，在2009年喷发后形成新岛屿。该火山曾于2014年、2015年和2019年发生多次喷发。
当地时间2021年12月20日，这座火山在休眠数年后再度爆发。位于新西兰惠灵顿市的火山灰预警中心第一时间向各大航空公司发布了航空预警信息，初次的火山喷发一直持续到当地时间12月21日上午。
圣诞节前夕，火山喷发再度活跃。12月25日，卫星图像显示该火山岛的面积比此前有所增加，第二次火山喷发一直持续到2022年1月5日，外界曾一度认为该火山可能再次进入休眠状态。
然而，1月13日该火山再度爆发，卫星图像监测到火山云一度到达17公里的高空。当地时间1月15日早晨，火山再度剧烈爆发，强度达到最初（2021年12月20日）强度的7倍。
汤加火山爆发之后，太平洋海啸预警中心（PTWC）针对此次火山海啸发布了多期海啸预警信息，对火山喷发周边地区发出海啸预警，预计此次海啸可能造成灾害性影响。新西兰、汤加、斐济、日本、瓦努阿图、智利和澳大利亚等国家也针对此次事件发布了海啸预警。
根据全球水位监测数据显示，此次火山喷发引发了越洋海啸，影响了太平洋沿岸地区。截至2022年1月16日11点30分（北京时间），太平洋沿岸的智利、日本等国的潮位站监测到30至150厘米的海啸波，我国潮位站最大海啸波幅在20厘米以下（如图2）。
图2 全球水位监测数据
来源：自然资源部海啸预警中心、凯丰投资
2 . 汤加火山爆发的强度
火山爆发的强度通常用火山爆发指数（Volcanic Explosivity Index, 简称VEI）来衡量。该指数根据火山爆发过程中喷出物质的体积、火山云的高度等指标来量化火山爆发的强烈程度。根据VEI指数，火山爆发通常可以划分为8个等级（如图3）。
图3 火山爆发指数（VEI）
来源：美国地质勘探局、夏威夷大学、互联网、凯丰投资
火山爆发指数的数值越高，火山释放的能量就越大。当火山爆发指数每增加1个单位，其释放的能量就增加近1个量级，爆发的威力就是上一级别的10倍。
VEI-5级的火山爆发大概每10至30年出现一次，如1980年美国华盛顿州的圣海伦斯火山喷发，VEI-6级的火山爆发大概每百年出现一次，VEI-7级的火山喷发则相当于一次9.8级地震，VEI-8级是火山爆发指数的最大值，该级别的火山被称为“超级火山”，如64万年前美国黄石火山的喷发。
据估计，本次汤加火山爆发的强度可能接近VEI-6级，这与30多年前（1991年6月15日）著名的菲律宾皮纳图博（Pinatubo）火山爆发强度相当（如表1）。1991年菲律宾皮纳图博火山爆发是20世纪第二大火山喷发，仅次于1912年美国阿拉斯加的诺瓦拉普塔火山喷发。
表1 19世纪以来全球VEI-5级以上的火山爆发
来源：Wikipedia、凯丰投资
幸运的是，菲律宾火山与地震研究所和美国地质调查局的科学家预测了皮纳图博火山的喷发，挽救了至少5000人的生命和至少2.5亿美元的财产。大部分商用飞机提前收到警告，成功避免了火山喷发的风险，但仍有至少16架飞机遭遇了火山灰并造成约1亿美元的损失。
皮纳图博火山爆发之后，皮纳图博山峰高度下降了300米，火山爆发导致当地800人死亡、2万人流离失所，火山爆发过程向高层大气中注入大量火山灰和混合气体。
据美国航空航天局（NASA）以及美国地质勘探局（USGS）估计，随着皮纳图博火山的爆发，注入平流层的二氧化硫（SO2）气体可能达到1500至1700万吨。
3 . 汤加火山爆发对全球气候的可能影响
火山爆发会向大气层中释放巨量的火山灰与混合气体，这些混合气体主要由水汽、二氧化碳、二氧化硫构成。当二氧化硫和水汽同时进入异常干燥的平流层，通常会逐步生成硫酸和硫酸盐气溶胶（如图4）。
图4 火山喷发的二氧化硫进入平流层形成硫酸盐气溶胶并破坏大气臭氧层的化学过程
来源：美国地质勘探局、凯丰投资
由于平流层中空气以水平运动为主且缺乏足够的水汽，悬浮在平流层大气中的硫酸盐气溶胶难以通过降雨实现沉降。
因此，平流层中的硫酸盐气溶胶能够通过大气环流的输送过程逐步向全球扩散，并在较长时间内持续削弱到达地表的太阳辐射量，从而导致全球平均的地表气温出现一定程度的下降。
在皮纳图博火山喷发之后的两年内（1991至1993年），全球平均气温偏低约0.5摄氏度，这种现象往往也被形象地称为“火山冬天”。
如果汤加火山爆发向平流层大气注入的二氧化硫含量与皮纳图博火山相似，极可能导致未来1至2年全球平均气温低于长期变暖趋势（如图5）。
图5 过去三次强火山爆发对全球平均气温的影响
来源：Zeke Hausfather、凯丰投资
然而，需要指出的是，全球年平均气温偏低并不意味着全球任何地区、任何时段的气温都会低于正常水平，也不意味着全球“无夏”或者冬季寒潮频发。
即使是在1991年菲律宾皮纳图博火山爆发后的冬季（1991年12月至1992年2月），北半球多个地区（如北美、北欧、西伯利亚）气温较过去五年均值（1985至1990年同期）明显偏暖（如图6）。
图6 1991/1992年北半球冬季北半球地表气温异常
（较1985~1990年平均值）
来源：ERA-Interim、Lorenzo M. Polvani、凯丰投资
因此，我们可以发现，VEI-6级火山爆发对于特定区域的影响往往难以超越大气本身的变化规律。
根据此前分析，火山爆发注入平流层的二氧化硫量决定了其对全球气温的影响程度。根据搭载在欧洲空间局Sentinel 5P卫星上的TROPOMI传感器的最新数据估计，截止2022年1月16日，汤加火山爆发向平流层注入的二氧化硫量仅40万吨（如图7），远低于皮纳图博火山的1500万吨。
图7 汤加火山爆发向平流层注入的二氧化硫量
来源：TROPOMI卫星、Simon Carn、凯丰投资
