科学家发现大西洋经向翻转环流（AMOC）减速的秘密
科学家发现大西洋经向翻转环流（AMOC）减速的秘密
大西洋经向翻转环流（AMOC）是全球海洋热量和盐分输送的关键系统，其变化对全球气候有重要影响。近年来，科学家们发现AMOC的减弱趋势在2010年代初出现停滞，这一现象引起了广泛关注。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）下属的AOML实验室最近的研究揭示了这一现象背后的原因，并对未来的气候变化研究提出了重要建议。
AMOC是全球海洋传送带的重要组成部分，是一个庞大的环流系统，在整个海洋中输送热量、盐分、碳和其他生物地球化学元素。作为全球热量分布、盐度、营养循环和碳储存的重要调节器，AMOC在塑造区域气候、海平面和海洋生态系统方面发挥着至关重要的作用。
目前最先进的气候模式表明，自20世纪80年代中期以来，AMOC一直在人为地减弱。然而，过去二十年的直接观测记录却显示AMOC具有显著的恢复能力。
为了研究这一矛盾，科学家们分析了多种气候和海洋模式模拟以及直接观测数据。他们发现，AMOC在2000年代出现了大范围的减弱，这主要是由人为强迫（即二氧化碳增加和气溶胶减少）驱动的。然而，自2010年代初以来，由于北大西洋涛动（NAO）的强劲正向发展，AMOC的自然成分大大增强。增强的AMOC自然信号抵消了人为减弱信号，导致AMOC减弱几乎停滞。
大西洋翻转环流的理想示意图。示意图表示表层水（红色）、中层水（黄色）、深层水（蓝色）和深海水（紫色）穿过海底地形（蓝色阴影）的路径。这些颜色之间的过渡表示水团的转换。文中提到的重要海流和地形特征均有标注，白色虚线表示五个AMOC监测阵列的标称纬度。图转载自Chidichimo等（2023年）。资料来源：美国国家海洋和大气管理局
"NAO的年代际变化更可能是由大气内部动力学产生的，因此是随机的、不可预测的。因此，自然信号和人为信号之间的角力可能会在未来几十年继续下去，或者说，NAO的相位可能会逆转，从而加强AMOC的人为减弱。因此，我们应该探讨未来几十年AMOC状态的两种可能情况及其影响，"该研究的主要作者、AOML海洋学家Sang-Ki Lee说。
尽管本研究没有明确探讨，但目前最先进的气候模式，包括本研究分析的模式，并没有显示出21世纪AMOC的完全关闭。然而，由于陆冰（即格陵兰冰盖以及北极的冰川和冰帽）融化，北大西洋未来可能出现的清新现象在这些模式中并没有得到充分体现。因此，该研究强调了改进气候模式的重要性，即纳入格陵兰冰盖融化的现实情景，以解决AMOC崩溃这种可能性低、影响大的问题。
资料来源：美国国家海洋和大气管理局
2024年期间，NOAA AOML、迈阿密大学海洋与大气研究合作研究所（CIMAS）和北部湾研究所（NGI）的科学家们开展了多项研究，试图更好地了解AMOC及其长期变化。AMOC强度的变化会影响许多全球尺度的气候现象，如海平面、极端天气和降水模式，因此了解AMOC非常重要。
此外，海洋表层水吸收人为二氧化碳。然后，AMOC途径将这些二氧化碳推入深海，这就是通常所说的碳封存。因此，北大西洋与AMOC相关的碳沉降占全球海洋人为碳存量的很大一部分。因此，海洋人为固碳量与AMOC的强度密切相关。
上图为WBTS水文测量站点（红点）和锚系设备位置。WBTS的锚系设备包括沿北纬26.5度断面的压力反转回声测深仪（PIES）（洋红色方块）和佛罗里达海峡两侧的浅层压力计（黄星）。图中还显示了佛罗里达海流电缆（黑线）和西部边界流。MOCHA和RAPID测量点（未显示）也位于巴哈马群岛以东沿北纬26.5度向东延伸的部分，横跨北大西洋。
去年，AOML的研究人员在了解AMOC方面取得了重大进展。一项研究由迈阿密大学的一名博士生与AOML的科学家共同领导，首次估算了南大西洋22 5°S的AMOC热传输，突出了持续现场观测的重要性。该研究利用一种新颖的绘图方法，深入了解了南大西洋AMOC的季节和年际变化。
另一项研究发现，尽管AMOC的整体传输没有明显减弱，但在过去二十年里，北大西洋AMOC的深海（近海底）肢体已经减弱，导致深海热含量增加，从而导致该地区海平面上升。
此外，AOML的科学家通过直接观测发现，佛罗里达洋流是海洋中速度最快的洋流之一，也是AMOC的重要组成部分，但在过去40年中一直保持着惊人的稳定。在该项研究中，科学家们重新评估了通过海底电缆测量推断出的佛罗里达洋流传输的总体趋势，发现需要对地球磁场随时间逐渐发生的变化进行修正。这一修正几乎消除了之前报告的记录中的负面趋势，揭示了佛罗里达洋流在过去40年中一直保持稳定。这项研究证明了对AMOC进行持续观测的价值，因为现有的观测记录刚刚开始揭示与气候变异和变化相关的十年尺度信号。
这些研究强调，要进一步提高我们监测和预测未来AMOC的能力，关键是要继续在多个纬度收集AMOC观测数据，推进我们对相关物理过程的理解，并改进气候模式。
编译自/ScitechDaily