2025年Hayli Gubbi火山喷发的短期大气影响

《Atmospheric Environment》：Short-term Atmospheric Impacts of the Hayli Gubbi Volcanic Eruption 2025

　　

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  2025年海尔吉比火山喷发向对流层上部注入了约0.18 Tg的SO₂
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  副热带西风急流在四天内迅速将SO₂羽流平流了约16,000公里
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  SO₂羽流在最初几天保持在9–14公里的高度范围内
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  印度上空的卫星观测仅显示温和的气溶胶光学厚度（AOD）异常

引言

火山喷发是对地球大气最具影响力的自然扰动之一（Robock, 2000a）。通过向对流层和平流层注入大量二氧化硫（SO₂）、火山灰及其他气体，它们可以在从区域到全球的尺度上、在从几天到几年的时段内改变大气组成（Bluth等, 1992; Bekki等, 1996; Angell, 1997a, 1997b）、辐射平衡（Bradley, 1988; Andronova等, 1999; Crowley & Kim, 1999）以及地表过程（Muschitiello等, 2017）。任何火山喷发的主要气体排放物SO₂如果被注入到平流层高度，会氧化形成硫酸盐气溶胶，并长时间悬浮于空中。这一转化的速率和程度取决于注入高度、大气氧化剂、湿度、温度和羽流滞留时间（Bekki, 1995; Yang等, 2009）。当大量SO₂被注入平流层时，由此产生的硫酸盐气溶胶可持续数月甚至数年，有效散射入射太阳辐射，并产生显著的辐射和气候效应，如皮纳图博火山等重大喷发所证明的那样（McCormick等, 1995; Robock, 2000; Marshall等, 2022）。相比之下，对于寿命较短的对流层火山羽流，喷发初期几天内硫酸盐的形成及相关的辐射效应则可能明显有限（Beirle等, 2014a; Schmidt等, 2015）。此外，火山羽流会降低空气质量（Tang等, 2020）、影响航空安全（Abhishek Dey, 2025）、改变云的属性（Robock, 2000），并且当火山灰沉积在冰雪表面时，会降低地表反照率并加速融化（Muschitiello等, 2017）。这些影响的规模和持续时间关键取决于喷发的注入高度、纬度、SO₂释放量、火山灰的有无以及控制羽流输送和扩散的盛行气象条件（Malavelle等, 2017; M?ller等, 2019）。

在经过约12,000年的休眠期后，海尔吉比（以下简称HG）火山（13.3°N, 40.4°E）于2025年11月23日喷发，为阿法尔-红海走廊一系列具有科学价值的著名火山事件增添了一个近期案例。它与纳布罗火山（13.3°N, 41.7°E）2011年6月的喷发（Fairlie等, 2014）、阿尔-达拉菲拉火山（14.3°N, 40.5°E）2008年11月的喷发（Carboni等, 2016）以及杰贝尔阿泰火山（15.5°N, 41.8°E）2007年9月的喷发（Shibata & Kouketsu, 2008）同属一脉（图1）。尽管这些火山在地理环境中具有大致相似的区位特征，但它们的 atmosferic影响受到了季节时机的强烈制约。先前事件发生在不同的气象条件下：纳布罗和阿尔-达拉菲拉火山喷发于亚洲夏季季风期间或临近该时期，而杰贝尔阿泰火山则在九月至春季转换期喷发。相比之下，HG于2025年11月23日喷发，正处于北半球秋冬转换期。这一时间与热带辐合带（ITCZ; Nicholson, 2018）南移和季风对流减弱相吻合，提供了一个天然的"对照实验"，用以研究热带大气环流季节性变化如何调节火山羽流的输送和扩散。先前的研究已探讨了SO₂和火山灰的排放以及内部重力波在其长距离输送中的作用（Murakami & Tanaka, 2026; Ukhov等, 2026）。此外，还观测到火山灰广泛向北扩散，跨越阿法尔裂谷延伸至红海（Dualeh等, 2025）。

在此背景下，本研究的目的是探讨HG火山羽流在印度次大陆上的输送特征和大气影响。通过结合多颗卫星观测和正轨迹模拟，我们分析了羽流的演化、长距离平流及其对印度次大陆区域气溶胶负荷的贡献。本分析旨在增进对阿法尔-红海地区HG火山喷发在对流层中释放的火山SO₂在北半球初冬环流条件下的大气演化过程的理解，这一环流格局在该地区的火山喷发研究中尚未得到充分关注。

章节摘要

卫星测量

搭载于哥白尼哨兵5P（Sentinel-5P）卫星上的对流层监测仪（TROPOMI）可观测气溶胶和痕量气体，包括SO₂（https://dataspace.copernicus.eu/explore-data/data-collections/sentinel-data/sentinel-5p; Veefkind等, 2012）。TROPOMI是一种天底观测成像光谱仪（推扫式高光谱光栅光谱仪），测量地球大气和地表散射的太阳辐射，覆盖多个光谱波段，包括

SO₂的初始注入

图2展示了TROPOMI观测的HG火山（以红色三角标记标出，摄于2025年11月23日10:54 UTC，即喷发后约2.5小时）的SO₂垂直柱浓度（DU）。图中显示了一条显著、细长的SO₂高浓度羽流，主要从源火山向东延伸至红海地区。羽流核心处的SO₂峰值浓度超过1800 DU，而在约360公里的东西向跨度和约180公里范围内

局限性与未来研究

本研究利用TROPOMI卫星观测的SO₂数据估计了HG火山喷发释放的SO₂总质量。尽管卫星观测为估计火山SO₂排放提供了可靠手段，但目前尚无针对HG火山喷发的独立地质或岩石学估算数据，因而无法对卫星反演的SO₂质量进行直接交叉验证。未来研究将卫星观测与地质和实地测量相结合，将有助于

总结与结论

本研究综合利用卫星观测（TROPOMI、VIIRS和MODIS）与拉格朗日轨迹模型（MPTRAC），探讨了2025年11月23日HG火山喷发释放的火山SO₂羽流的排放、远距离输送及其影响。主要研究结果如下：

• 1.
  HG火山喷发在2025年11月23日在源区附近产生了超过1800 DU的极高SO₂垂直柱浓度（估计喷发量约0.18 Tg）。然而，其

CRediT作者贡献声明

Narayana Sarma Anand：写作 – 审阅与编辑、调查、形式化分析。Srinivasan Prasanth：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原稿撰写、方法论、调查、形式化分析、数据整理、概念化。Sreedharan K. Satheesh：监督指导、资源提供、项目管理、资金获取。Krishnaswamy Krishna Moorthy：写作 – 审阅与编辑、监督指导、调查

未引用参考文献

Abhishek, 2025; 埃塞俄比亚火山, 2025; 全球建模与同化办公室 & Pawson, S, 2015; Robock, 2000b; 图卢兹火山灰咨询中心（VAAC Toulouse）, 2025.

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性

所有已处理数据均可应要求提供。

竞争利益声明

? 作者声明，不存在已知的、可能影响本文所报告工作的竞争财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢TROPOMI、SEVIRI、MODIS、VIIRS、ERA5和MERRA-2的科学团队提供了本研究使用的数据集。作者也感谢德国尤利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）公开提供了本研究使用的MPTRAC工具。最后，作者衷心感谢匿名审稿人的建设性意见，这些意见有助于加强科学论证并提升论文的整体质量。

Srinivasan Prasanth|Narayana Sarma Anand|Sreedharan K. Satheesh|Krishnaswamy Krishna Moorthy