2014年初北大西洋暖流流动的暂停导致了2015年大西洋东西两侧出现的热量和盐度异常双极现象

《Atmosphere-Ocean》：A Transport Hiatus in the North Atlantic Current in Early 2014 Led to the Coincident Trans-Atlantic Heat and Salt Anomaly Dipoles of 2015

2014-2015年北大西洋次极区出现冷鲜异常（CFA），北美沿岸形成热咸异常（WSA），两者构成热盐对偶。研究表明，CFA源于北大西洋电流（NAC）在马恩涡旋（Mann Eddy）出口处（45°N 43°W）的短暂运输中断，导致冷鲜水滞留并沿马约卡脊（MAR）分支路径扩散。NAC中断后，暖咸水被强制转向西 北美洲沿岸，形成WSA。数据揭示，NAC表层流速在2014年2-3月出现反向（南流），与CFA初始形成位置吻合。盐度异常（-0.4psu）和热量异常（-2.4ZJ）的时空演变证实了NAC传输阻断。深层西边界流（DWBC）与Labrador Current（LC）的相互作用可能加剧了NAC路径的复杂性。该事件是北大西洋环流（AMOC）受热盐输送中断的典型例证，为研究AMOC对气候的影响提供了新视角。

　　
以下是对该研究内容的中文解读：

一、研究背景与问题提出
全球变暖背景下，学界长期关注北大西洋深层环流（AMOC）可能因热量输送减少导致北冰洋亚极地海域（SPNA）冷却。传统观点认为这种冷却源于墨西哥湾流（GS）及延伸的大西洋北流（NAC）对暖盐水的输送能力下降。但2014-2016年间，SPNA观测到异常冷鲜现象，同时北美沿岸出现对应暖咸异常，形成跨大西洋热盐偶极。这一现象与长期存在的冷异常（如"温暖孔"）机制不同，研究旨在揭示其短期突发性成因。

二、关键发现
1. 热盐偶极的形成机制
2014年初，NAC在曼埃迪（Mann Eddy）北出口处（约45°N，43°W）出现突发性流量中断。数据显示：
- 表层流速反转：2014年2-3月，NAC正常北向流速（0.6m/s）突变为0.5m/s南向反向流
- 热量流失：SPNA 0-400米层热量减少达8ZJ（相当于3×10^15瓦特）
- 盐度流失：约1.0×10^4立方千米淡水当量缺失

2. 偶极结构演变
- 2014年3月形成初始偶极：西岸冷鲜极（CFP，42°-47°N，45°-36°W）与东岸暖咸极（WSP，40°-45°N，60°-49°W）
- 2015年7月成熟阶段：冷鲜极（CFA）移至50°N，30°W（面积2.9百万平方公里），暖咸极（WSA）位于40°N，70°W（面积5.1百万平方公里）
- 热盐输送失衡：CFA区累计热量损失相当于墨西哥湾流全盛时期总功率的230%（3×10^15瓦特）

3. 洋流结构解析
- 大西洋北流路径分支：受马格德林海盆地形影响，NAC在跨中西洋脊（MAR）时形成三支：
① 北支（CGFZ断裂带附近）
② 中支（FFZ断裂带附近）
③ 南支（MFZ断裂带附近）
- 2014年异常期分支流量减少达30%，导致冷鲜水体在MAR复杂地形中滞留
- SSH异常与温度变化呈现强相关性（相关系数0.89）

三、数据与方法
研究整合了以下多源数据：
1. 海洋热含量（OHC）与盐度数据：英国气象局EN4分析（2002-2024）
2. 表层海温（OISST）与海面高度（SSH）：NOAA每日再分析数据（1993-2023）
3. 洋流速度场：OSCAR表面流速分析（1993-2013基线）
4. 大气通量数据：ECMWF中期预报（2014-2024）
5. 海底地形：GEBCO高分辨率 bathymetry数据库

研究创新点：
- 首次将 SSH异常与断裂带地形关联分析
- 揭示NAC流量中断与热盐偶极形成的直接因果关系
- 建立表层流速反转与深层环流变化的响应机制

四、核心结论
1. 洋流机制主导热盐异常
2014年初NAC流量中断引发：
- 冷鲜水滞留：形成50°N，30°W冷异常中心
- 暖咸水东移：累积形成40°N，70°W暖异常中心
- 偶极强度：热盐异常值分别达-8ZJ和-250GT（相当于-0.02℃和-0.05psu）

2. 地形关键作用
- 马格德林海盆（GB）与诺福克角（NWC）构成流量瓶颈
- 2014年2-3月LC/DWBC水（深>2000米）穿透NAC主流道
- 三重断裂带（CGFZ/FFZ/MFZ）导致NAC分支流量减少30%

3. 热力学效应验证
- 热量通量计算：CFA区累计热量损失相当于阿拉斯加暖流年输送量的18%
- 盐度通量计算：淡水当量流失达历史极值（超过1998年"大盐度异常"）
- 深层响应：1000米层温度异常持续达18个月

五、气候意义与讨论
1. AMOC强度变化
- 流量中断期间（2014Q1-Q2），NAC输送能力下降23%
- 与Rahmstorf等（2024）预测的AMOC弱化趋势一致
- 但未检测到GS流量同步变化（可能与NAC分流有关）

2. 区域气候影响
- 2015年北大西洋夏季环流异常：CFA区温度低于常年3℃
- 北美沿岸形成暖中心，导致2015年欧洲北部严寒与南部异常高温并存
- 热盐环流变化对亚速尔群岛与格陵兰冰盖融化模态产生扰动

3. 现象解释
- 主流机制：NAC流量中断导致冷鲜水堆积（CFA）与暖咸水东移（WSA）
- 次生机制：
* DWBC水输入增强（流量增加12%）
* 马格德林海盆回流增强（R1/R2路径流量提升15%）
* 大气反馈作用（海气通量异常达+69W/m2）

4. 与前人研究对比
- 突破点：首次建立热盐偶极与NAC流量中断的时空对应关系
- 异同：
| 研究案例 | 时空尺度 | 机制解释 | 流量影响 |
|---|---|---|---|
| 2014-2016 CFA | 短期（2年） | NAC流量中断 | -23% |
| 长期冷异常 | 多年尺度 | GS输送减弱 | -5% |
| DWBC入侵事件 | 季节尺度 | 深水强迫 | +15% |

六、数据可用性
所有数据均来自公开数据库：
- EN4热盐数据：https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/en4/
- OISST/SSH：https://psl.noaa.gov/THREholds/
- 3D海流数据：https://podaac.jpl.nasa.gov/thredds/
- 海底地形：https://www.ngdc.noaa.gov/gazetteer/

该研究为理解AMOC短期突变提供了新观测范式，揭示地形约束下的洋流分支机制对区域气候的直接影响。后续研究建议采用合成海气通量数据与三维洋流模型结合，建立流量中断的早期预警系统。