如果地球突然降温十年，森林生态系统如何应对？这不是科幻小说，而是1809年不明火山和1815年坦博拉火山两次剧烈爆发后的真实场景，它们导致了全球尺度上温度骤降，也提供了研究极端低温对森林生态系统恢复力影响的独特极端案例。
图1 印度尼西亚松巴哇岛坦博拉火山（图片来自Wikimedia Commons）。透过照片甚至能感受到1815年迸发流淌的岩浆
10月19日，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了中国科学院青藏高原研究所生态系统格局与过程团队梁尔源研究员等的最新研究成果，剧烈的火山喷发带来冷却效应，强烈影响高寒地区森林生态系统恢复力，蒙古高原与青藏高原地区的连续影响甚至超过12年。
“冷也很厉害！在全球气候变暖的背景下，我们不能丧失应对突然变冷的能力。”该文章的通讯作者梁尔源说。
热带大规模火山喷发是少数能引发地球气候系统突变的外强迫之一，被喷发至平流层的硫酸盐气溶胶，散射、反射太阳辐射，可导致区域乃至全球尺度的温度下降，水循环减弱，给生态系统带来巨大胁迫，降低生态系统服务功能，并可能引发人类社会动荡甚至崩溃。
1815年4月，印度尼西亚松巴哇岛坦博拉（Tambora）火山喷发，是人类有记录以来发生的最剧烈的火山喷发，使1816年成为“无夏之年”（year without a summer）。连续的火山喷发使1810-1819年成为近500年来最冷的10年，是研究极端低温对生态系统弹性影响的独特案例。
在缺乏仪器观测资料的条件下，对坦博拉火山爆发后气候突变的定量研究可通过代用资料与模型模拟等手段开展，研究人类社会秩序变化可通过史料记录等了解，但对生态系统的冲击，还缺乏全球尺度上应用实测证据且标准统一的研究。树木年轮即是研究生态系统功能变化的绝佳资料。
图2 坦博拉火山爆发后生长骤降的树轮样本
(a) 欧洲中部塔特拉山脉瑞士石松木材解剖显微切片（Büntgen et al., 2014, J. Clim.）；(b, c, d) 青藏高原东南部昌都地区川西云杉树芯样本（样本由青藏高原所朱海峰研究员提供）。
研究团队利用全球树轮数据，探究了1809与1815年坦博拉火山爆发事件对树木生长与森林生态系统弹性的影响强度与时间，绘制了全球森林生长响应极端低温的生态弹性图谱。
该文章的第一作者，中国科学院青藏高原研究所高姗副研究员发现，强烈的火山冷却效应极大程度降低了高纬度与高海拔地区的森林生态系统弹性：火山喷发后5-10年内的区域树木平均生长量下降甚至超过30%，同时，亚洲北部地区森林与欧洲中西部地区落叶松林生长稳定性也显著降低；此外，树木生长产生极端低值的概率大幅上升，在多个区域概率上升甚至超过10倍。
连续火山喷发对森林生态系统弹性的影响，在北半球中纬度地区延伸时间比高纬度地区更长，均可超过1824年，尤其在蒙古高原与青藏高原地区，影响时间长且连续，这可能是由于在寒冷的同时出现干旱，导致树木生长更难恢复。
图3 坦博拉火山爆发后固定时段（1815-1822年）树木生长量与稳定性的相对变化程度
图4 1809年与1815年火山爆发后树木生长恢复力的波动情况与恢复时间
此前研究显示，类似坦博拉规模的火山喷发可能在每200至400年周期内发生。气候变化背景下，这等规模的火山喷发造成的全球冷却效应与部分季风区厄尔尼诺的异常强度将会只增不减。如何合理管理利用自然资源度过自然危机，尤其是在高寒地区，值得深思。（蔡琳）
