火山喷发与特大山火能够向大气中注入数百万吨的气体与气溶胶颗粒，其影响足以在激荡全球气温的变幻中留下痕迹。在众多错综复杂的气候驱动因素背景下，想要精确捕捉某次特定事件的影响，其难度无异于在喧闹拥挤的集会大厅中，辨听出某一个人的低语。
近日，麻省理工学院的科学家们开发出一种精密的方法，能够成功“静音”背景噪音，识别出山火与火山喷发的特定信号。这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究，不仅捕捉到了这些自然事件在地球大气温度中留下的“指纹”，更揭示了它们对平流层与对流层影响的微妙差异。
研究团队报告称，他们在全球大气温度的变化中检测到了三个重大自然事件引发的统计学显著信号。这三个事件分别是：1991年的皮纳图博火山喷发、2019年至2020年的澳大利亚山火，以及2022年发生在南太平洋的洪阿汤加海底火山喷发。
尽管每次事件的性质迥异，但它们都对平流层产生了显著影响。平流层位于对流层之上，而对流层作为大气的最底层，正是近年来全球变暖加速最为显著的地带。这项新发现将为科学家进一步理清人为排放对全球气温变化的真实影响提供关键支撑。
研究结果显示，皮纳图博火山表现出了典型的平流层升温与对流层冷却配对模式。相较之下，澳大利亚山火与洪阿汤加火山喷发虽然分别导致了平流层显著的升温或冷却，但在事件发生后的头两年内，它们并未在对流层产生可被全球检测到的强劲信号。
不同于皮纳图博火山导致的全球降温，澳大利亚山火和洪阿汤加喷发可能并未在近年来全球地表变暖的加速中扮演关键角色。这意味着，变暖背后必然存在其他主导因素。
在过去的几年中，全球平均地表温度接连创下历史新高。世界气象组织近期证实，2023年至2025年是有记录以来最热的三年，而过去11年则是史上最暖的11年。世界正在变暖，其主因是数个世纪以来人类活动向大气排放了海量的温室气体。
除了温室气体，大气还承受着其他大规模的排放冲击，包括火山喷发释放的硫磺气体和水蒸气，以及山火产生的烟雾颗粒。李耀伟及其团队一直试图探究，这些自然事件是否会对全球气温产生可检测到的影响。
这些事件在注入物质的高度和成分上都是非凡且独特的。研究人员提出的核心问题是：这些事件是否真的扰动了全球气温，使其足以从自然的、气象的“噪音”中脱颖而出？
团队重点考察了三次大规模事件。皮纳图博火山向平流层注入了约2000万吨火山气溶胶，这是现代卫星仪器记录到的最大量。澳大利亚火灾向对流层上层和平流层注入了约100万吨烟雾颗粒。
而洪阿汤加喷发则产生了卫星记录中最剧烈的大气爆炸，将近150000000吨水蒸气送入平流层。
在研究过程中，团队采用了“信噪比”分析方法。通过尽量减少其他已知因素对全球气温的“噪音”干扰，从而分离出与特定自然事件相关的温度变化“信号”。
他们首先查阅了自1979年以来测量不同高度全球气温的卫星数据，这些数据来自平流层探测单元以及微波和高级微波探测单元。团队汇编了从1986年至今的所有观测记录。
从这些测量结果中，研究人员可以清晰地看到对流层持续升温和平流层持续冷却的长线趋势。这些长期趋势主要与人为产生的温室气体有关，团队首先从数据集中减去了这部分影响。
即便如此，剩下的基准线中依然包含由厄尔尼诺、拉尼娜以及大约11年周期的太阳活动引起的自然变率。团队充分考虑了这些复杂的变数，并将这些自然波动的效应从数据中逐一剔除。
在最大限度地降低此类噪音后，剩下的任何温度变化都可以更容易地追溯到那三次大规模自然事件并进行量化。当团队将事件发生的时间节点与温度测量值对齐时，每种事件如何影响全球气温的轨迹便清晰可见。
研究发现，在皮纳图博火山喷发后的两年多时间里，全球对流层温度下降了约0.7摄氏度。火山硫酸盐气溶胶充当了无数微小的反射器，将阳光散射回太空。留在平流层的气溶胶吸收了地表发出的热量，进而导致平流层升温。
这一结果与以往对该事件的研究相吻合，证实了该方法的准确性。随后，他们将相同的方法应用于影响尚不明确的澳大利亚山火和洪阿汤加喷发。
对于澳大利亚山火，他们发现烟雾颗粒导致全球平流层升温幅度高达0.77摄氏度，这种影响持续了约五个月，但未在对流层产生明确的信号。由于烟雾颗粒在化学性质上与硫酸盐完全不同，深色的颗粒能高效吸收太阳辐射，因此即使是相对少量的烟雾也能引起剧烈的升温。
至于洪阿汤加火山，这次海底喷发导致平流层中上层出现全球降温效应，降温幅度达0.5摄氏度，并持续了数年。虽然这些事件在平流层高处造成了显著的冲击，但由于它们未能解释对流层的持续高温，这反而更强烈地指证了人类活动的影响。
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