《Nature》大西洋经向翻转环流在极端气候下的 “韧性” 与未来命运：南大洋的关键作用

为探究大西洋经向翻转环流（AMOC）未来变化，英国研究人员分析 34 个 CMIP6 模型，发现南大洋上升流可防止其在极端强迫下崩溃，该成果对预测气候变化意义重大。

　　

研究背景

在地球的气候系统中，大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation，AMOC）扮演着极为重要的角色。它就像一条巨大的 “海洋传送带”，将热量从低纬度地区向北输送，对全球气候的稳定和区域气候的形成有着深远影响。比如，它能让欧洲的气候更加温和，影响着全球的降水模式、温度分布，还在碳吸收等生物地球化学过程中发挥关键作用。

然而，随着全球气候变暖，这条 “传送带” 正面临着严峻挑战。大量研究预测，在温室气体（GHG）浓度上升和北大西洋淡水输入增加的双重影响下，AMOC 在 21 世纪将会逐渐减弱。其中，淡水输入的增加主要源于降水变化以及格陵兰冰盖融化。更令人担忧的是，部分统计指标显示，AMOC 可能正接近一个 “临界点”，一旦突破，它可能会突然崩溃，引发全球气候的剧烈变化。但目前气候模型对 AMOC 未来变化的预测存在很大差异，这使得我们对它的未来演变充满了不确定性。这种不确定性给全球应对气候变化的策略制定带来了极大困难，所以准确预测 AMOC 的未来变化迫在眉睫。

为了深入了解 AMOC 在极端气候条件下的变化情况，英国的研究人员开展了相关研究，其成果对于准确预测气候变化、制定合理的应对策略具有重要意义，该研究发表于《Nature》。

研究方法

研究人员分析了 34 个 CMIP6 气候模型，对比了工业化前的控制模拟结果和两种极端强迫情景下的响应。这两种情景分别是大气二氧化碳浓度突然增加四倍（‘4xCO?’）和北大西洋 0.3-Sv 的淡水强迫（‘u03_hos’）。研究聚焦于 AMOC 的上升流路径，通过特定方法计算其在不同区域的上升流，包括大西洋（Atlantic_Up）、印度洋 - 太平洋（IndoPac_ResidualUp）和南大洋（SouthernOcean_Up），以此来探究 AMOC 在极端气候强迫下的维持机制以及不同模型间差异的原因。

研究结果

1. 翻转环流的变化：在工业化前的控制模拟中，各模型的 AMOC 强度和上升流路径存在显著差异。在极端强迫情景下，所有模型的 AMOC 均出现减弱，且减弱幅度在不同模型间差异很大，90 年后基本趋于稳定。同时，印度洋 - 太平洋的逆时针翻转环流减弱并迅速逆转，形成顺时针的太平洋经向翻转环流（PMOC），在 4xCO?和 u03_hos 情景下，分别有 91% 和 86% 的模型出现 PMOC，但其强度在不同模型间有所不同。南大洋 34.5°S 处的上层环流在 4xCO?情景下增强，主要是由于西风增强；而在 u03_hos 情景下减弱，可能是西风带向极移动且无风速增强所致。

2. AMOC 在极端强迫下的韧性：在极端气候强迫下，所有 AMOC 上升流路径最终都会随着 AMOC 的减弱而减弱，但南大洋上升流路径在两种情景下均为主要路径，对维持未来 AMOC 起着关键作用。如果没有南大洋上升流，AMOC 在这些强迫下可能几乎崩溃。南大洋上升流路径与未来 AMOC 强度呈直接正相关，但控制模拟中的南大洋上升流路径与未来 AMOC 强度的关系较弱。

3. 远程海洋对未来 AMOC 的影响：在 4xCO?情景下，尽管多数模型中南大洋上层环流增强，但 AMOC 的南大洋上升流路径仍减弱，这主要归因于印度洋 - 太平洋出现的 PMOC。PMOC 通过南大洋上层环流上升，减少了 AMOC 起源水在南大洋的上升量。不同模型中 PMOC 强度的差异导致了南大洋上升流路径的变化，进而影响了未来 AMOC 的强度。在 u03_hos 情景下，南大洋上层环流减弱，同时出现的 PMOC 进一步削弱了 AMOC 的南大洋上升流路径。

4. AMOC 的未来命运：研究表明，在 CMIP6 气候模型中，南大洋风驱动的上升流可防止 AMOC 在极端气候强迫下崩溃。AMOC 的未来强度不仅取决于未来南大洋上层环流强度，还与未来 PMOC 强度（若形成）有关。虽然目前模型显示在现实未来情景中 PMOC 可能不会发展，但如果模型低估了 PMOC 形成的可能性，就可能低估未来 AMOC 崩溃的风险。因此，准确了解南大洋和印度洋 - 太平洋环流及其驱动机制对改进 AMOC 预测至关重要。

研究结论与讨论

该研究揭示了南大洋风驱动的上升流在防止 AMOC 在极端气候强迫下崩溃的关键作用，这一发现为理解过去和未来 AMOC 的变化提供了重要依据。同时，研究强调了大西洋 - 太平洋跷跷板效应在 AMOC 极端减弱中的重要性，表明 PMOC 的形成与 AMOC 的变化密切相关。然而，目前 AMOC 未来变化的不确定性仍然存在，需要进一步改进对南大洋和印度洋 - 太平洋环流的观测估计，以提高对 AMOC 变化的预测准确性。这对于全球气候变化的研究和应对策略的制定具有重要意义，能够帮助我们更好地预测未来气候变化，为生态系统保护和海洋生物地球化学研究提供有力支持。