研究院蔡忠银副研究员在ACP发表火山二氧化硫排放重建的研究论文

近日，大气科学领域权威期刊Atmospheric Chemistry and Physics (IF: 6.133)在线发表了研究院蔡忠银副研究员在火山二氧化硫方面的最新研究成果：“Improved estimation of volcanic SO₂injections from satellite retrievals and Lagrangian transport simulations: the 2019 Raikoke eruption”（论文链接：https://acp.copernicus.org/articles/22/6787/2022/）。云南大学为第一单位，蔡忠银副研究员为第一作者及通讯作者，德国亥姆霍兹联合会于利系研究中心的Sabine Griessbach博士和Lars Hoffmann博士也对该项研究作出了重要贡献。

火山喷发时排放的痕量气体及气溶胶等物质对地球环境可以造成重大影响，例如二氧化硫可以对公共健康及气候产生显著影响。观测和模拟火山二氧化硫不仅对于理解火山活动对气候的影响有着重要意义，并且还在飞行安全及公共健康等诸多领域具有现实意义。该研究使用拉格朗日模型（MPTRAC）重建了2019年6月Raikoke火山向对流层上部-平流层下部的二氧化硫排放，并模拟了其长距离输送。首先，分别借助AIRS和TROPOMI的二氧化硫柱密度产品，通过后向轨迹法重建了此次火山喷发的二氧化硫的排放高度及时间。其次，通过使用指数衰减模型并调整二氧化硫总质量校正得到此次火山排放的二氧化硫总质量为2.1±0.2 Tg，二氧化硫的e折减时间为13-17天。当使用不同的卫星数据或再分析数据时，结果之间具有高度一致性。最后，该研究根据不同的数据组合得到的重建结果对火山二氧化硫的长距离输送进行了模拟。结果表明，化学反应驱动的二氧化硫质量变化与TROPOMI卫星产品得到的二氧化硫质量变化一致。此外，模拟的二氧化硫的空间分布在火山喷发后前10天与卫星反演的二氧化硫分布一致。但是结果也表明模拟的二氧化硫的扩散性太强，导致无法捕捉二氧化硫云团的内部结构。

图1 重建的2019年6月Raikoke火山向大气中排放二氧化硫的高度、时间及质量

该研究进一步借助2019年7月底至8月初形成的气泡状紧凑二氧化硫云团对扩散过程的参数化方案进行了敏感性分析。结果表明，除了模型对扩散过程的参数化方案导致的二氧化硫扩散太强外，气象数据中的水平风切变也是导致模拟的二氧化硫扩散太强的一个重要原因。

图2 对2019年7月底的气泡状紧凑二氧化硫云团的模拟

获取火山二氧化硫排放高度、时间以及质量对于正确认识火山活动对气候系统的影响具有重要意义。该研究表明使用卫星反演的火山二氧化硫产品，结合拉格朗日传输模型可以提高二氧化硫排放高度、时间以及排放质量的重建能力。

该研究得到了云南省基础研究计划（202001BB050066）、中德博士后交流项目（20191038）、中国博士后面上基金（2019M653505）及德国研究基金会（DFG HO5102/1-1）等项目的支持。