大西洋经向翻转环流

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北欧海域（英语：Nordic Seas）与次北极海盆（subpolar basins）中的表层洋流（实线）与深层洋流（虚线）走向图，本图显示的为大西洋经线翻转环流的一部分。不同颜色代表洋流中不同的温度。

大西洋经向翻转环流（英语：Atlantic meridional overturning circulation，简称AMOC）是全球海洋温盐环流中的一支，是大西洋中南北走向的表层和深层洋流区域性整合而成（参见纬向与经向洋流（英语：Zonal and meridional flow））。AMOC的特点是大西洋表层温暖的咸水向北流动，而较冷的深层海水向南流动。这些"[洋流]肢体"透过翻转将北欧海域（英语：Nordic Seas）（或称北冰洋边缘海）、拉布拉多海以及南冰洋连结，但在拉布拉多海对于AMOC的影响程度存在争议。[1][2]AMOC是地球气候系统中的重要成分，是地球大气层和温盐环流两因素驱动后的结果。

全球气候变化导致海洋热含量增加，加上北极地区的冰盖融化增加进入海洋的淡水流量，会将AMOC削弱。透过海洋学模拟重建，通常显示AMOC已经比第一次工业革命之前放缓，[3][4]但关于气候变化导致海洋环流在世纪尺度和千年尺度变化的作用仍存在激烈争论。[5][6]利用气候模型模拟的结果一致预测AMOC将会在21世纪进一步减弱，[7]:19而将影响斯堪地纳维亚半岛和英国等一向受惠于北大西洋暖流而有较高的平均气温，[8]并加速北美洲沿大西洋地区的海平面上升，并将北大西洋的初级生产能力降低。[9]

当AMOC严重减弱之后，有可能导致环流彻底崩溃，且不易逆转，而成为气候临界点中之一。[10]AMOC完全崩溃对海洋和一些陆地生态系统的影响远大于AMOC缓慢减弱所造成的。完全崩溃将降低欧洲的平均气温和降水，大幅削减该地区的农业生产，[11]并可能导致极端天气事件频繁发生。[12]耦合气候模式比对专案（英语：Coupled model intercomparison project）（CMIP）中使用的地球系统科学（英语：Earth system science）模拟显示，AMOC只有在持续高水平变暖持续到2100年之后，才有可能完全崩溃，[13][14][15]但一些研究人员批评这些过于稳定的模拟结果，[16]有些利用较低复杂度的模型研究，认为崩溃将会更早发生，[17][18]其中一项显示AMOC崩溃可能会在2057年左右发生，[19]但许多科学家对此说法持怀疑态度。[20]另一方面，针对古海洋学的研究显示AMOC可能比大多数模型预测的更为稳定。[21][22]

整体结构[编辑]

全球温盐环流循环动画，AMOC是其中一支。 (animation)

AMOC是全球海洋温盐环流中的一支，是大西洋表层和深层洋流的区域整合而成。一般温盐环流是洋流流经世界海洋的一种模式。温暖的水沿着海洋表层流动，直到抵达格陵兰或南极洲附近的几个特定地点，因为温度降低而下沉，再沿着海底（深达数英里/公里）缓慢前进，数百年后逐渐在太平洋和印度洋上升。向北的表层洋流将大量热能从热带和南半球输送到北大西洋，由于强劲的温度梯度，洋流中热量散逸，进入大气。海水在失去热量后变得更为稠密，然后下沉。这种海水稠密过程将进入北欧海域与拉布拉多海对流区域中的温暖表层洋流肢体与寒冷往南移动的深层洋流连接。这些洋流也在上升流区域连结，其中表层海水分流导致艾克曼移动（英语：Ekman transport）作用，引起深层海水形成上升流。[23] AMOC由上下两个单元组成。上层单元由往北移动的表层洋流与北大西洋深层水（英语：North Atlantic Deep Water） (NADW) 向南回流组成。下层单元为稠密的南极底层水 (AABW) 往北流动 - 涵盖整个深海。[1]

AMOC对北大西洋海平面有重要的控制作用，特别是对北美洲东北部沿海的海平面。 AMOC于2009年-2010年冬季表现异常衰弱，导致美国纽约州海岸线的海平面上升达13厘米，造成破坏性后果。[24]

AMOC可能存有两种稳定状态：强环流模式（如近千年来所见）和弱环流模式，如大气-海洋耦合的大气环流模式和中等复杂度地球系统模型（英语：Earth systems models of intermediate complexity）（EMIC）所演算出的。[18]然而许多地球系统科学模拟并未辨识出这种双稳态。[18]

对气候的影响[编辑]

大西洋洋流往北移动并产生净传输热量作用，而造成北半球相对温暖，在全球海洋中非常独特。[1]AMOC承担北半球大气-海洋间的热传输中有25%的占比。[25]普遍的看法认为AMOC将西北欧的气候改善，但对此影响仍存有争议。[26][27][28]

AMOC除充当热泵和高纬度散热器之外，[29][30]也是北半球最大的碳汇，每年封存约0.7吉吨（Gt，十亿吨) 的二氧化碳。[31]这种碳截存对人为全球暖化的演变具有重大影响，尤其是当AMOC在最近和预计的未来发生活力下降的情况时。[32]

温盐环流与淡水[编辑]

根据NASA探路者海平面高度测量计划（NASA Ocean Altimeter Pathfinder Project）收集的卫星数据，显示北大西洋洋流于1992年至2002年期间，其流速正在减缓，并改变方向，显示地球整体海洋环流在减弱中。
更多信息：温盐环流

热量从赤道向北极地区输送，主要是经由大气的作用，但也会经由表层有温暖海水以及深层有冰冷海水的构成的洋流导致。这个环流中最著名是墨西哥湾暖流，它是一种由风驱动的环流，将加勒比地区的温暖海水向北输送。墨西哥湾暖流向北的分支 - 北大西洋暖流，是温盐环流 (THC) 中的一种，将热量进一步向北输送到北大西洋，而将大气暖化，而导致欧洲变得较为温暖。[33]

北大西洋海水经蒸发作用，海水的盐度升高，同时海水的温度被降低，这两种作用都增加表层海水的密度。海冰形成后进一步增加海水的盐度和密度，因为海冰形成时会将盐排放进入海洋。[34]随后稠密的海水下沉，形成的循环洋流持续向南移动。但大西洋经向翻转环流（AMOC）是由海洋温度和盐度差异所驱动。但淡水会降低海水的盐度，而阻止较冷的海水下沉。这种机制可能导致目前在格陵兰附近观察到的冰冷海洋表面的温度异常（参见冷斑（北大西洋）（英语：Cold blob (North Atlantic)））。[35]

全球暖化可能导致格陵兰冰河融化与降水量都会增加，导致进入北部海洋的淡水增加（特别是来自西伯利亚河流增加的流量）。[36][37]

对佛罗里达洋流（英语：Florida Current）的研究显示墨西哥湾暖流会随着气温降低而会减弱，在小冰期时最弱（降低约10%）。[38][39]

AMOC翻转区域[编辑]

北欧海域的对流和回流[编辑]

高纬度地区的低气温会导致大量的海-空气热通量交换，而导致垂直水柱密度增加和对流发生。开阔海洋对流（英语：Open ocean convection）发生在深层羽流之中，在海-空气温差最大的冬季期间尤其强烈。[40]在向南流经格陵兰-苏格兰海脊 (Greenland-Scotland Ridge，GSR) 的 6斯维德鲁普 (Sv) 稠密海水中，有3Sv通过丹麦海峡，形成丹麦海峡溢流水 (Denmark Strait Overflow Water ，DSOW)。 有0.5-1Sv流经冰岛-法罗群岛海脊（Iceland-Faroe ridge），其余2-2.5Sv经法罗-昔得兰海峡（Faroe-Shetland Channel）返回，这两股洋流形成冰岛苏格兰溢流水（Iceland Scotland Overflow Water，ISOW）。流经法罗群岛-昔得兰海脊（ Faroe-Shetland ridge）的大部分水流流经法罗-班克海峡（Faroe-Bank Channel ），很快与流经冰岛-法罗群岛海脊的水流汇合，沿着大西洋中洋脊东侧向南方深处流动。当冰岛苏格兰溢流水(ISOW)溢出格陵兰-苏格兰海脊（GSR）时，其湍流夹带中等密度的海水，例如次极地模式海水和拉布拉多海水（LSW）。然后这组水团沿着大西洋中洋脊东侧随地球自转往南移动，穿过查理·吉布斯断层带（英语：Charlie Gibbs Fracture Zone），再向北加入丹麦海峡溢流水(DSOW)。这些水域有时被称为北欧海域溢流水 (Nordic Seas Overflow Water，NSOW)。 NSOW沿着拉布拉多海周围次极地环流（sub-polar gyre，SPG）的表层海水路线移动，并进一步夹带更多拉布拉多海水。[41]

已知高纬度地区的海-空气对流会受到海冰的抑制。漂浮的海冰将海面"覆盖"住，降低热量从海洋转移到空气的能力。反过来又减少该区域的海-空气对流和深层海水回流。自1979年开始运用气象卫星作记录以来，显示夏季北极海冰覆盖面积发生急剧消退，于39年期间，每年9月海冰覆盖的面积减少近30%。[42][43]经气候模型模拟的结果，在21世纪中未来的每年9月北极冰层仍将会持续快速流失。[44][45][46][47]

拉布拉多海水的对流和夹带[编辑]

参见：北大西洋暖流

典型的新鲜拉布拉多海水（LSW）是透过拉布拉多海中部的深层对流在中等深度形成，特别是在冬季风暴期间。[40]这种对流的深度不足以穿透拉布拉多海深水区的北欧海域溢流水（NSOW）层。 LSW与NSOW一起向南移出拉布拉多海：虽然NSOW很容易在西北角的北大西洋暖流（NAC）下方通过，但一些LSW会被留下。LSW由次极地环流（SPG）导致的转移和滞留说明它会在格陵兰-苏格兰海脊 (GSR) 溢流附近存在和夹带的原因。但大部分转向的LSW在查理·吉布斯断层带（CGFZ）之前分叉，并停留在西部SPG中。 LSW的数量高度依赖海-空气热通量交换，每年发生的数量通常在3-9 Sv之间。[48][49]冰岛苏格兰溢流水(ISOW)的产生与流经冰岛苏格兰海脊的海水密度梯度成比例，因此对会影响下游密度的LSW的产量具有敏感性。[50][51]更间接地，LSW数量的增加与SPG的增强相关，并在假设上会有反相关作用。[52][53][54]这种相互作用混淆SPG与ISOW其中任一溢流水减少，会导致AMOC减弱的任何简单推论。据了解，在8.2千年事件之前的LSW数量很小，[55]且SPG被认为先前即已存在，但处于弱化与非对流状态。[56]关于拉布拉多海水的对流在AMOC环流中发挥作用的程度存在争议，特别是在拉布拉多海变化与AMOC变化之间的相关性方面。[1]透过观察性研究对于这种相关性是否存在尚无定论。[57]透过次北极大西洋海流翻转研究计划（英语：Overturning in the Subpolar North Atlantic Program）（OSNAP）的观测，显示拉布拉多海对翻转产生的影响很小，于1990年利用船舶进行的的水文学观测显示出类似的结果。[2][58]然而从前使用旧技术对LSW形成的估计，显示拉布拉多海会造成较大的翻转。[59]

大西洋上升流[编辑]

根据质量守恒定律，全球海洋系统上涌的水量必会与下沉的水量相等。大西洋本身的上升流主要是由于沿海和赤道上升流机制所产生。

沿海上升流是艾克曼移动作用沿着陆地与风驱动的洋流之间的界面输送的结果。在大西洋，这种情况尤其会发生在加那利洋流和本格拉寒流周围。这两个区域的上升流已被建模为反相（峰值与谷值呈相反状态），这种效应称为"上升流跷跷板"。[60]

赤道上升流通常是由于大气强迫和赤道两侧科氏力相反方向的发散而发生的。大西洋有更复杂的机制，例如温跃层的迁移，特别是在东大西洋。[61]

南大洋上升流[编辑]

北大西洋深层洋流主要在大西洋南端的南冰洋中上涌。[30]这种上升流通常包括与AMOC相关的大部分上升流，且与全球环流作连结。[1]在全球的观测，显示80%的深水上升流发生在南冰洋。[62]

这种上升流会为表层海水提供大量营养物质，支持海中生物活动。这种供应营养物质到表层海水的方式对于海洋在长期尺度上作为碳汇的功能非常重要。此外，上升海水所含溶解二氧化碳浓度较低，因为这类海水通常有1,000年的历史，对大气中人为二氧化碳的增加尚不具敏感度。[63]由于这种较低碳浓度，上升流可发挥碳汇的作用。对于科学观察期内碳汇中的变化已被密切研究和争论。[64]据了解，这种碳汇的规模在2002年之前持续在减小，然后在2012年开始有所增加。[65]

海水上升后会以两种途径进行：靠近海冰的通常会形成稠密的底层水，而进入AMOC的下层单元，在低纬度地区的会因艾克曼移动作用而进一步向北移动，而进入AMOC的上层单元。[30][66]

趋势[编辑]

气候模型重建[编辑]

气候模型重建总体上支持如此假设：现在的AMOC比20世纪初期的更为减缓。例如于2010年所做的一项统计分析，发现AMOC自20世纪30年代末以来，在持续减弱中，北大西洋翻转单元在1970年左右突然发生变化。[67]于宾夕法尼亚大学任教的气候科学家迈克尔·曼（英语：Michael Mann）和波茨坦气候影响研究所（英语：Potsdam Institute for Climate Impact Research）任教的斯特凡·拉姆斯托夫（英语：Stefan Rahmstorf）表示，在多年的温度记录中观察到的寒冷模式显示大西洋的经向翻转环流（AMOC）可能在减弱中。两人各自在2015年发表研究结果，其中的结论是AMOC的流量在整个20世纪都在放缓，而在1975年之后表现出的减缓程度是上个千年以来前所未有的。他们认为虽然AMOC在1975年之后曾有部分恢复，但未来格陵兰冰盖进一步融化所产生的入海淡水可能会进一步将其削弱。[3]于2015年发表的另一项研究报告说明AMOC在200年内的削弱程度有15-20%。[68]于2018年有另一模型重建，显示AMOC自20世纪中叶以来已减弱约15%。[69]然而这些发现都受到于2022年发表的研究报告的挑战，该研究说明在1900年至2019年期间，气候变化引起的AMOC趋势直到1980年才开始出现，且相对于环流的自然变异，仍然属于微弱。[5]

有些研究尝试更深入了解工业化之前的AMOC状况。 一篇于2018年发表，与此相关的论文提出，过去150年的AMOC与之前1,500年前的相比，显示出异常疲软，电脑模拟显示小冰期结束之后（约于1850年） AMOC的减弱或是在小冰期结束前突然发生，或是在过去150年内持续稳定发生。[70]同行评审科学期刊《自然地球科学（英语：Nature Geoscience）》于2021年2月刊出的一项研究报告[4]称，在过去的千年中，AMOC出现前所未有的削弱，表明这种变化是由人类行为所引起。[71]研究报告共同撰写者表示AMOC已经放缓约15%，显示的是："20到30年内，它可能会进一步减弱，而会不可避免影响到我们的天气，我们将会看到风暴增加、发生于欧洲的热浪，及美国东海岸出现的海平面上升。"[71]《自然地球科学》月刊于2022年2月刊出一篇由17名科学家共同撰写，标题为"需要讨论事项（Matters Arising）"的评论文章，对前述发现提出质疑，并认为AMOC的长期趋势仍无法确定。[6]同一杂志也发表前述2021年研究报告作者对"需要讨论事项"文章的回应，为自己的研究结果进行辩护。[72]

一篇于2021年2月发表的研究报告，将过去30年的AMOC变异性重建，没发现下降的证据。[73]学术期刊《自然气候变化》于2021年8月刊出的一项研究报告显示有八个独立的AMOC指数发生显著变化，表明它们可能显示AMOC"几乎完全失去稳定性"。但这篇报告虽然利用一个多世纪的海洋温度和盐度数据，但它必须省略在1900年之前和1980年之后计有35年的数据，以达成维持所有八个指标记录表现一致的目的。[18]于2022年4月在《自然气候变化》刊载的另一项研究报告使用1900年至2019年（接近120年）的数据，发现于1900年至1980年之间并没变化，AMOC强度直到1980年才出现单次Sv下降 - 而这项变化仍在自然变异性的范围内。[5]于2022年3月发表的一篇评论文章，其结论是虽然全球暖化可能会导致AMOC长期减弱，但在分析1980年以来的演变时仍然很难察觉，因为在这段时间框架中会呈现既有减弱与又有增强的时段，且任一变化的幅度均属于不确定（范围在5%到25%之间）。此篇评论文章最后呼吁进行更具敏感性和更长期的研究。[74]

观察结果[编辑]

于2021年提出的一篇研究报告，将研究人员Bryden等人重建1980年至2004年的AMOC趋势，与透过快速气候变化-南北翻转环流和热流阵列（英语：Rapid Climate Change-Meridional Overturning Circulation and Heatflux Array）（RAPID）取得的AMOC数据（自2004年开始）作比较。

从2004年开始，透过研究快速气候变化对南北翻转环流和热流影响的项目 - 快速气候变化-南北翻转环流和热流阵列（英语：Rapid Climate Change-Meridional Overturning Circulation and Heatflux Array）（RAPID）（系泊位于大西洋北纬26°的原位监测阵列）才能对AMOC强度进行直接观测，但仅得到先前AMOC行为的间接证据。[75][71]虽然气候模型预测AMOC在全球暖化的情况下会减弱，但往往很难与当前的观测或重建模拟相匹配。特别是在2004年至2014年期间观测到的下降幅度比{le|耦合气候模式比对专案|Coupled model intercomparison project}}（CMIP）中的第五阶段 (CMIP5) 预测的下降幅度高出10倍：然而有些科学家将此归因为是种比预期更大的代际变化，而非气候迫使的趋势，认为AMOC只需过几年即可从中恢复。[76][77]一项于2021年2月发表的研究报告显示AMOC确实从降幅中恢复，且没发现在AMOC整体在过去30年来有下降的证据。[73]同样的，于2020年在同行评审科际整合，数据供开放取用的科学期刊《科学进展（英语：Science advances）》刊载的研究报告说明，虽然北大西洋已发生重大变化，但同期间的AMOC环流与1990年代相比，并没有显著变化。[78]

2010年及更早时期[编辑]

一项于2004年4月对美国卫星数据进行的回顾性分析，显示北大西洋环流（墨西哥湾暖流的北部漩涡）似乎速度在放缓中，对墨西哥湾暖流将要停止的假设得到强化。[79]

2005年5月，英国剑桥大学教授彼得·华德翰（英语：Peter Wadhams） 在《泰晤士报》上报导一艘潜艇进入北极冰盖下进行调查的结果 - 测量巨型寒冷稠密海水的垂直水柱，通常这些水柱会沉入海床，而被较高温度的海水取代，此为形成北大西洋暖流的动力来源之一。华德翰和其团队发现水柱实际上已经消失。通常此地区有七到十二只巨型水柱，但华德翰只发现其中两只，而且都极其微弱。[80][81]

于2005年所做的测量，墨西哥湾暖流向北输送海水的数量与1992年测量的相比，已减少30%。研究报告撰写者指出测量中发现的不确定性。[82]在媒体讨论后，哥本哈根大学地球物理学教授Detlef Quadfasel（英语：Detlef Quadfasel）指出报告撰写者Bryden等人（Bryden et al.）的估计存在很高的不确定性，但表示根据其他因素和观测结果确能支持他们的研究结果，并且基于古气候学记录显示，当气温在几十年内下降10°C，与达到某个阈值时海洋环流会突然转变有关。他的结论是从事进一步的观察和建模，对于提供可能发生的毁灭性环流崩溃而提出早期预警有重要的作用。[83]自然杂志科学撰稿者Quirin Schiermeier于2007年发表文章，其结论是引发上述现象的罪魁祸首是自然变异的结果，但强调或有潜在的影响因素。[84][85]

研究人员Vage等人（Vage et al.）于2008年提出报告，利用"Argo计划浮标取得的数据来记录深层海水混合"和"各种原位、卫星和重复分析资料"来确定此现象的背景，"2007年-2008年冬季，次极地环流（SPG）对流重返拉布拉多海和伊尔明厄海"可能与观察到冷水柱行为变化有很大关系。[86]

温盐循环减慢或可能停止[编辑]

全球温盐环流路径的概括描述，蓝色为深层洋流路径，红色为表层洋流路径。
全球温盐环流概述，显示表层洋流在大西洋中往北移动，当海水抵达北极地区之后，因温度降低而下沉至深层，并往相反的方向移动。北极冰盖融化产生的淡水会降低AMOC的强度及流向，有可能引发气候临界点，对大自然与人类带来严重的后果。

温盐环流的减缓或停止是种气候变化对主要海洋环流产生的假设性影响。墨西哥湾暖流是这类环流之一，也是北欧通常较为温暖的部分原因 - 例如英国爱丁堡与俄罗斯莫斯科纬度相同，但爱丁堡的年平均温度高于莫斯科的。温盐环流影响世界各地的气候。 当AMOC减缓和可能停止的影响可能包括农业产出损失、生态系统变化以及触发其他气候临界点出现。[10]AMOC减弱产生的其他可能影响包括中纬度地区降水量减少、热带地区和欧洲强降水模式改变以及北大西洋路径上的风暴加强。最后，减弱还会发生北美洲东部海岸海平面的大幅上升。[57]

AMOC稳定性[编辑]

大西洋翻转环流并非一种静态的全球环流，而是温度和盐度分布，以及大气强迫的敏感函数。 重建古海洋学，显示AMOC于地质时期中的活力和结构曾发生过显著的变化，[87][88]在较短的时间尺度上也可观察到变异现象。[89][76]

重建出北大西洋洋流"停止"或是"亨利事件（英语：Heinrich event）"（大量北美洲东北部冰盖崩溃，越过哈得逊海峡而进入北大西洋，引发冰期出现）模式，引发人们对全球气候变化导致未来会发生环流崩溃的担忧。环流停止的物理原理有斯托梅尔分岔理论的支持 - 淡水强迫的增加或海面温度升高会导致翻转突然减少，未来能将翻转重新启动之前必须先大幅将气候强迫减少。[90]一项在2022年发表的研究报告说明，此洋流循环系统在过去数十年变异发生的累积次数大幅增加，可当作是接近临界点的预警指标。[91]

AMOC停止将受到两个正回馈的推动，即淡水和下沈流区域热含量的累积。 AMOC从北大西洋输出北极冰盖融化的淡水，翻转减少后将让上层水域淡水增加而抑制表层水流下沉。[92]AMOC在全球暖化的情况下将无法将深海热量分配，表示AMOC减弱后会导致全球气温升高以及进一步强化海洋分层（英语：Ocean stratification）和循环放缓。[29]然而在AMOC减弱时，其向北大西洋输送的温水数量会随之减少（成为对系统的负回馈），而将前述影响减轻。此外，于2022年从事的古海洋学重建，发现约11,700-6,000年前全新世最终消冰作用，产生的大规模淡水强迫（当时海平面上升约50米）仅造成有限的影响，表示大多数模型将淡水强迫对AMOC的影响有高估的情况。[21]

导致温度和盐度的正回馈和负回馈问题变得更加复杂的是AMOC的风力驱动部分仍未完全受到限制。当大气强迫作用变成相对较强时，会减少上述温盐作用的效果，让AMOC较少受到全球暖化下温度和盐度变化的影响。[93]

多重平衡与单一平衡[编辑]

更多信息：大西洋经向翻转环流的多重平衡（英语：Multiple equilibria in the Atlantic meridional overturning circulation）

除透过古海洋学重建之外，也可利用气候模型研究环流崩溃的机制和可能性。历来各种中等复杂度地球系统模型（EMIC）均预测现代AMOC具有多种平衡，其特征为暖、冷和停止模式。[94]这与更全面的模型形成鲜明对比，后者偏向以单一均衡为特征的稳定AMOC。但模拟中往北淡水通量产生的结果与观测结果不一致，人们因而对这种稳定性提出质疑。[76][95]模拟中会采用一种并非实际，由赤道往北极方向流动的淡水模型，因而会延缓环流的流动，让它看来更为稳定。[13]另一方面，也有人认为经典EMIC中使用的固定淡水强迫过于简化，有项于2022年进行的研究，把斯托梅尔分岔理论EMIC修改，加入更真实的瞬态淡水通量，而发现这种变化将模型中的临界行为延迟超过1,000年。研究显示此模拟与AMOC对融水脉冲 1A（英语：Meltwater pulse 1A）（指在最后一次冰河时期结束时，北大西洋地区发生的一次重大冰河融水事件。这次事件发生在大约14,600年前，导致大量的融水进入北大西洋）响应的重建更加一致，会发生临界行为长期延迟的情况。[22]

翻转放缓的影响[编辑]

参见：冷斑（北大西洋）（英语：Cold blob (North Atlantic)）

南佛罗里达大学海洋科学学院教授Don P. Chambers提到："AMOC放缓的主要影响预计是北大西洋周围冬季和夏季气温更低，以及北美洲海岸海平面小幅上升。"[96]两位哥伦比亚大学教授詹姆斯·汉森和佐藤真纪子（Makiko Sato）指出：

AMOC流速放缓会导致降温约1°C，并可能影响天气模式，与AMOC停止所导致北大西洋降温达到几度有很大不同。后者将对风暴造成巨大影响，且在世纪时间尺度上变为不可逆转。[97]

于2015年发表的一篇论文说，当AMOC严重放缓，由于海洋分层增加和各水层之间养分交换严重下降，将导致北大西洋浮游生物数量减少，生物质会减少一半以上。[9]一项于2019年发表的研究报告说观察到的北大西洋浮游植物生产力下降约10%，或可为此假设提供支持证据。[98]

AMOC的衰退与区域性极端海平面上升有关。[99]于2015年发表的一篇论文模拟AMOC放缓和崩溃情景下的全球海洋变化，发现这将大幅降低北大西洋的海水含氧量，但由于其他海洋的含氧量增加较大，全球海洋平均含氧量将会略有增加。[100]于2018年发表的研究报告说AMOC放缓也与沿海海洋低氧现象增加有关。[101]于2020年发表的研究报告说此与南大西洋盐度升高有关。[102]

于2016年发表的一篇研究报告提出进一步的证据，证明AMOC放缓对美国东海岸周围海平面上升产生甚大的影响。该研究证实早期的研究结果，即当地是海平面上升的热点地区，与全球平均值相比，上升速度有可能达到3至4倍。研究人员将这种增加归因于一种称为深水形成的海洋环流机制 - 深水形成因AMOC放缓而减少，导致海面之下出现更多温暖的水团。该报告另指出，"我们的研究结果显示，比全球平均值较高的碳排放率也会导致该地区的[海平面上升]。"[103]于2021年发表的另一篇论文也说AMOC放缓也导致美国东北海岸最终成为北美暖化最快的地区之一。[104][105]

一篇于2020年发表的研究报告，根据代表性浓度路径8.5情景（描绘排放量持续增加后的情况），评估AMOC于21世纪减弱将产生的影响。AMOC减弱后也将减缓北极海冰数量降低（英语：Arctic sea ice decline），将北极于夏季无海冰情况出现时间推迟约6年，并防止在2061年至2080年期间拉布拉多海、格陵兰海、巴伦支海和鄂霍次克海边缘超过50%的海冰消失。报告并说热带辐合带向南移动，相关的热带大西洋上空北部的降雨量增加，而南部的降雨量减少，但警告说，与此8.5浓度路径相关的降水量的巨大变化将使前述趋势相形见绌 。研究最后说当AMOC放缓，导致由西往东行进的高速气流往南位移，将进一步强化冰岛低压和阿留申低压，而增强风暴、强降水与海岸洪水（英语：Coastal flooding）发生的频率。[106]

一种自然界临界点级联效应的理论，说明AMOC如何与其他临界要素间的相互影响。

科学界于2021年开发出一个概念网络模型，透过一组简化方程式将AMOC、格陵兰冰盖、西南极冰盖和亚马逊雨林（几个著名的气候临界点）四要素连接。模型运算结果是虽然AMOC的变化本身不太可能引发气候系统其他要素的临界行为，但任何其他向临界过渡的气候要素会透过AMOC放缓而介导，影响到其他要素，从而可能在跨越多个世纪的时间尺度下引发级联式临界作用。因此AMOC放缓将会把全球暖化后的阀值降低，超过此一阈值，这四个要素（包括AMOC本身）的其中之一可能会发生临界行为，而非之前研究所得，由这些要素个别的阈值来引发。[107]

于2021年一篇在气候临界点对经济影响的评估提出，虽然总体上临界点可能会导致碳的社会成本（英语：Social cost of carbon）增加约25%，而其中有10%的可能性让临界点把前述社会成本增加一倍以上，相反的，AMOC放缓后，因为它可抵消欧洲暖化的影响，而可能会导致全球碳的社会成本降低约1.4%。[108]这项研究报告以及对研究更广泛的发现于次年受到包括澳大利亚经济学家斯蒂夫·科恩和英国气候变化学者蒂莫西·伦顿（英语：Timothy Lenton）在内的一组科学家的严厉批评，他们认为报告的数字被严重低估。[109]报告撰写者回应这种批评，指出他们的论文应该被视为临界点经济评估的起点，而非最终结论，因为他们的统合分析中包含的大多数文献缺乏估计非市场性的气候的损害，其数量可能被低估。[110]

环流停止的影响[编辑]

参见：气候突变
全球于21世纪在"中间"代表性浓度路径4.5情景（RCP4.5）下建模得到的三种不同结果（对全球各地气温的影响）-（上）AMOC无突然变化时、（中）北大西洋暖流崩溃时，与（下）整个AMOC崩溃时。

AMOC是一个双稳态系统（"进行（on）"或是"停止（off）"），其会突然崩溃的可能性长期以来一直是科学讨论的话题。[111][112]2004年，英国《卫报》公布美国五角大厦国防顾问安德鲁·马歇尔委托撰写的一份报告的调查结果，提起由于AMOC突然停止，欧洲年平均气温将在2010年至2020年间下降6°F。[113]

一般而言，全球暖化引起的温盐环流停止会引发北大西洋、欧洲和北美变冷。[114][115]这尤其会影响不列颠群岛、法国和北欧五国等原本受惠于北大西洋暖流的地区。[116][117]除区域变冷之外，主要后果还可能包括大型洪水和风暴的增加、浮游生物种群的崩溃、热带地区或阿拉斯加州和南极洲的变暖或是降雨量变化、由于相关的黑潮、卢文海流（英语：Leeuwin Current）和东澳洋流（这些与墨西哥湾暖流相似，均与温盐环流连结）的停止而导致的厄尔尼诺现象事件更加频繁和强烈，或是海洋缺氧事件（这可能是过去导致生物集群灭绝事件的原因）。[84]

一篇于2002年发表的研究报告说AMOC停止可能会引发如末次冰期期间发生的突然大规模温度变化：一系列丹斯高-厄施格周期事件（快速的气候波动），可能归因于高纬度的淡水强迫将温盐环流的循环中断。 于2002年的模型运作，温盐环流被迫中断后确实显示出冷却效果 – 局部温度降低达到8°C (14°F)。[118]于2017年所做的一项审查研究，结论是有强有力的证据显示在新仙女木期事件和许多亨利事件等突发气候事件期间，AMOC的强度和结构发生变化。[119]

由詹姆斯·汉森于2015年领导的一项研究发现AMOC的停止或是大幅放缓，除可能导致埃米亚间冰期（英语：Eemian）末期极端事件外，还会导致恶劣天气普遍增加。冰融化带来的额外海面冷却，增加海面和较低对流层温度梯度，并导致模拟中整个中纬度对流层中纬度涡流能量大幅增加。这反过来又导致更强的温度梯度产生的斜压性增加，而为更恶劣的天气事件提供能量。这包括俗称"超级风暴"的冬季和近冬季气旋风暴，它们会产生接近飓风强度的大风，且通常会造成大量降雪。这些结果表示AMOC停止会导致北大西洋的强烈降温，可能会让东北风的季节性平均风速增加多达10-20%（相对于工业化前）。由于风能耗散与风速的立方成正比，表示风暴功率耗散会增加约1.4-2倍。然而，模拟的变化是指大型网格上平均的季节性平均风力，而非指单一风暴。.[12]

一篇于2017年发表的研究报告，评估AMOC停止对圣婴-南方振荡现象 (ENSO) 的影响，由于不同的大气过程相互抵消，并没有发现对整体产生影响。[120]于2021年，一项使用群体地球系统模型（英语：Community Earth System Model）的研究显示AMOC减缓可能会增强圣婴-南方振荡现象的强度，而加剧极端气候，特别是如果太平洋因AMOC减缓而出现另一经向翻转环流的情况时。[121]相较之下，于2022年发表的一篇研究报告显示AMOC崩溃，可能会增强太平洋信风和沃克环流的速度，同时削弱印度洋和南大西洋上的副热带高压。[122]同一团队的下一项研究显示大气模式改变的结果是ENSO变化减少约30%，极端圣婴事件的频率减少约95%。圣婴事件在中部太平洋，而非东太平洋更加频繁发生，与今日不同。[123]而基本上将导致反圣婴现像在全球占据主导地位，可能导致澳大利亚东部发生更为频繁的极端降雨，以及美国西南部有更为严重的干旱和丛林野火季节。[124]

一篇于2020年发表的研究报告，评估AMOC崩溃对英国农业和粮食生产的影响。[125]估计将扭转全球暖化对英国的影响，导致平均气温下降3.4°C。此外，生长季降雨量将减少<123毫米左右，适合耕种的土地面积从32%减少到7%。全国农业的净值每年将减少约3.46亿英镑，即降低10%以上。[11]

于2021年发表的一篇研究报告，使用简化的建模方法来评估AMOC停止后对亚马逊雨林的影响，以及在某些气候变化情景下假设的森林干枯和过渡而形成草原状态。报告说由于AMOC停止，导致热带辐合带转移，将增加亚马逊南部的降雨量，而能对抗森林干枯，至少可能将雨林南部地区稳定。[126]

预测[编辑]

围绕AMOC未来强度的研究，按时间顺序显示如下列。它主要基于大气环流模式作预测。像政府间气候变化专门委员会（[IPCC）报告这样的大型评论也将当前的观测和历史重建列入参考，使得他们能够把更广泛的可能性列入考虑，并将可能性分配给模型未明确涵盖的事件。

IPCC第三次评估报告（2001年左右）预测（高置信度），温盐环流通常会减弱而非停止，且变暖效应将超过降温效应，甚至在欧洲也是如此。[127]

当IPCC第五次评估报告于2014年发布时，发生AMOC快速过渡被认为不太可能（unlikely）发生，评估给此预测高置信度。[128]但评估存在一些局限性，例如耦合气候模式比对专案（CMIP）模型对AMOC稳定性存在的偏差，[16]以及对格陵兰冰盖融水入侵对环流影响的分析并不充分。

一篇在2016年发表的研究报告，目的在透过将格陵兰冰盖融化的估计添加到八个最先进的气候模型的预测中来弥补这一缺陷。研究结果是到2090年-2100年，在"中间"代表性浓度路径4.5情景下，AMOC将减弱约18%（潜在减弱范围在3%至34%之间），而在代表性浓度路径8.5情景（排放量持续增加的情景）下，AMOC将减弱37%（潜在减弱范围在15%至65%之间）。当这两种情景延续到2100年之后，AMOC在RCP4.5情景下稳定，但在RCP8.5情景下会持续下降，到2290年至2300年期间会平均下降74%，发生彻底崩溃的可能性为44%。[14]

另一篇于2017年发表的研究报告，对群体气候系统模型（英语：Community Climate System Model）作偏差校正，并模拟一种理想化情景，即二氧化碳浓度从1990年的水平突然增加一倍，然后保持稳定：根据研究人员的说法，这种浓度将导致大约与RCP4.5情景和RCP6.0情景之间的变暖程度。 在标准模型中的AMOC保持稳定，但在偏差校正模型中模拟中，会在300年后崩溃。[13]于2020年发表的一篇研究报告，在群体地球系统模型中对2005年至2250年之间的RCP4.5情景和RCP8.5情景进行模拟，该模型与先进的海洋物理模组结合，可更真实表达南极冰盖融水。与对照模拟相比，修改后的RCP4.5情景中的淡水输入量高出4到8倍（从0.1增加到0.4–0.8Sv），而在修改后的RCP8.5情景中淡水输入量高出5到10倍（从0.2增加到平均1Sv，由于罗斯冰架发生崩塌，在2125年左右的淡水输入峰值超过2Sv）。在两个RCP4.5情景模拟中，AMOC从目前的24Sv强度下降到2100年的19Sv：在2200年后，AMOC在控制模拟中开始恢复，但在修改的模拟中保持在19Sv。在两种RCP8.5情景模拟中，AMOC几乎崩溃，因为它在控制模拟中于2100年后会下降到8Sv，并维持该水平直到模拟期结束：在修改的模拟中，会比在控制模拟中多花35年才会达到8Sv的程度。[129]

于2020年发表的另一篇研究提出到2100年气温稳定在1.5度、2度（《巴黎协定》的两个目标，均远低于RCP4.5情景的升温水准）或3度（略高于于RCP4.5情景到2100年的升温）对AMOC的影响。在所有这三种情况下，AMOC在温度停止上升后还会继续再减缓5到10年，但并没接近崩溃的程度，并在大约150年后恢复其强度。[15]

于2021年发布的IPCC第六次评估报告，再次评估AMOC非常可能（very likely）在21世纪内衰退，如果气候变暖逆转，AMOC的变化将在几个世纪内恢复（高置信度）。[7]:19第六次评估报告 对AMOC在本世纪末之前避免崩溃仅表示具中等置信度，而在第五次评估报告中则表示具高置信度。这种置信度下降的原因可能是受到几项统合研究的影响，这些研究关注到大气环流模式中的环流稳定性偏差，[130][131]以及简化的海洋模型（相对于更大规模的模型）研究，显示AMOC可能更易受到突然变化的影响。[17]

于2022年，有项研究使用三个气候模型进行气溶胶和化学模型比对计划，建模进行实验，结果发现仅非常积极对悬浮微粒和对流层臭氧耗损进行缓解行动，会让AMOC在本世纪末减弱10%，原因是平流层中导致气候变冷的含硫气溶胶减少。研究人员建议将缓解空气污染与减少甲烷排放的行动结合，以避免这种结果，因为甲烷（一种强效温室气体）和硫酸盐气溶胶（一种冷却剂）在大气中的寿命相似，同时将两者减少会将它们的影响抵销。[132]

一项于2022年对所有潜在气候临界点的广泛评估，找出16个可能的气候临界点，其中包括AMOC的崩溃。评估显示崩溃很可能是由全球升温达到4°C而引发，但有足够的不确定性显示升温水平低至1.4°C或高至8°C也可能引发崩溃。同样的，评估估计一旦AMOC受引发而崩溃，很可能会持续50年以上，但整个时间范围在15到300年之间。报告的最后结论是这次崩溃将导致全球气温降低约0.5°C，而欧洲地区气温将下降4至10°C。[133][134]该评估还将北大西洋暖流的崩溃视为一个潜在的单独临界点，这临界点可能发生在升温1.1°C至3.8°C之间（但此模拟仅由一小部分气候模型进行）。最有可能的数字是1.8°C，一旦触发，崩溃从开始到结束很可能需要10年的时间，范围在5到50年之间。估计这种对流的消失将让全球气温降低0.5°C，而欧洲的平均气温则降低约3°C。对不同区域降水也有重大影响。

哥本哈根大学两位研究人员于2023年7月发表的一篇论文提出AMOC崩溃最有可能发生在2057年左右，范围介于2025年至2095年之间（95%置信度）。[19]然而论文结果系依赖复杂性较低的模型产生，研究结果引起科学界其他成员的极大争议。虽然一些人将这项研究描述为"令人担忧"，并且对现有文献提供"宝贵贡献"，也同时警告其结果可能适用于放缓，或甚至是完全崩溃，但另有人质疑作为基础的代理资料的准确性和于该论文的相关性，一位科学家表示该这种预测是"金玉其外，败絮其中（feet of clay）"。[20]

社会与文化[编辑]

于流行文化[编辑]

电影《明天过后》和名为《冰（Ice）》的英国电视剧都以夸张的场景来探讨与AMOC停止的相关后果。

电影《不愿面对的真相》提起AMOC可能会停止，以及当北极冰盖融化而导致进入北大西洋的淡水流量增加，对欧洲气温的影响。

美国科幻小说作者金·史丹利·罗宾逊的作品《降温五十度（英语：Fifty Degrees Below）》是他的《首都科学（英语：Science in the Capital）》系列中的第二部作品，描述温盐环流的停止，以及人类通过向海洋中添加大量盐来尽力恢复环流的故事。

在军事科幻小说家伊恩道格拉斯（英语：William H. Keith Jr.）的《星际医护兵(Star Corpsman)》 系列小说中，AMOC的停止引发早期盛冰期，到22世纪中叶，加拿大大部分地区和北欧均因此遭到冰雪覆盖。

参见[编辑]

参考文献[编辑]

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