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洋流正在发生变化,我们需要知道原因

来源:中国数字科技馆 原标题:洋流正在发生变化,我们需要知道原因

洋流在气候系统中扮演了重要角色,但变化很难被追踪 @ Karsten Schneider/SPL

       大西洋经向翻转环流(AMOC)勾起科学界的兴趣和人们的想象已有数十年了。这是一个包括风驱动的湾流在内的复杂而基本的洋流系统,会影响到热带和高纬度地区的热量交换。拉布拉多海(位于加拿大格陵兰岛和拉布拉多岛之间)冷而稠密的海水注入北大西洋海底驱动了AMOC,后者作为全球“恒温器”调节温度。

       人们已经证实,这一循环潜在的突变可能是地球物理系统的一个临界点,但还要多久会到达临界点呢?自20世纪50年代起,地质学家和海洋学家就一直在收集有说服力的证据,(来说明)海洋循环的变化是气候变化的一个关键要素。

       格陵兰岛的冰核记录显示,上一冰河时期AMOC的骤变触发了急剧的温度波动。幸运的是,如这般规模的气候波动没有发生在今天——全新世(*11700年前至今)间冰期(*两次冰期之间的相对温暖时期,此期间地球上冰川消融后退)时代。不过,2005年发表的报告(H. L. Bryden et al. Nature 438, 655–657; 2005)显示AMOC有明显变弱的迹象,这引发了人们的担忧——环流可能因为人类诱发的气候变暖而再一次变弱。

       随后来自横贯北大西洋传感器阵列的洋流观测提供了一个更可靠的结果:洋流非常多变,因此单独一个时间断面(的结论)不具有代表性。

       研究人员现在回过头来再对洋流进行研究。这周《自然》上发表的一篇论文里,科学家们提出了古海洋学证据——北大西洋表层水的深层对流驱动AMOC匀速运动,但早在1850年左右这一循环就开始变弱——可能是因为小冰期(*15世纪初到20世纪初一段气候相对寒冷的时期(D. J. R. Thornalley et al. Nature 556, 227–230; 2018)末期,北极融雪注入了大量冷水。这可能导致了洋流变弱。

       在另一篇论文里,研究人员使用全球气候模型和海洋表面温度数据库来确定近代(大约自20世纪中期至今)洋流变弱的程度(L. Caesar et al. Nature 556, 191–196; 2018)。根据他们的模型:变弱程度约15%,冬春季之间最为显著,导致北大西洋部分区域海水表面温度降低,同时平均湾流路径轻微北移。文章作者表示,这可能是人为导致气候变化的后果之一。

       重要的是,这两篇论文都得出AMOC目前处在一个较弱阶段的结论。而它们在关于循环开始变弱的时间上产生较大出入可能是由于研究方法的不同,这也说明了回溯AMOC过去的变化是多么得不易。这可能给那些期待通过科学研究得到确切结论的人浇了一盆冷水,但(探索)科学本就不易。那么气候和自然变化之于AMOC的影响究竟能否说清呢?海洋循环极有可能对气候变化敏感,如果真是那样,在未来洋流是会突然响应(气候变化)、出现急剧波动,还是会平稳过渡呢?这是气候科学领域亟待解答的问题。

       解答这些问题的缓慢进展恰恰告诉我们,海洋是地球系统中最难窥见全貌的一环。AMOC仅仅是全球循环系统的一部分,我们对它在物理和化学层面的影响了解甚少。

数值模型是研究海洋循环和气候不可或缺的工具。但即使电脑运算能力在不断提高,也无法重现海洋循环的细腻和多变。我们需要针对这一循环长期且连续地观测(数据)。

       因此,对现有海洋观测系统再保持数十年的维护显得至关重要——包括近极地北大西洋翻转环流项目和南大西洋经向翻转环流项目。来自这些传感器阵列的数据正逐步揭开大洋核心区域复杂水流的神秘面纱。不过为长期研究争取经费也是一场持久的“斗争”。

       要做的还有很多。联合国已将呼吁提高针对海洋健康的研究能力纳入可持续发展目标。区域性和独立的海洋观测最好能在全球海洋观测系统(GOOS)的协调下进行。要从根本上理解海洋为人类所依靠,细致的观测是先决条件之一。

文章原载于中国数字科技馆 2018年5月29日 洋流正在发生变化,我们需要知道原因 来源:《自然》杂志编辑部

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编辑:木樨

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