AMOC 的崩溃意味着什么？

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研究表明，AMOC 洋流可能在本世纪末之前崩溃。这到底有多大可能，这对欧洲的生活意味着什么？

2024 年 10 月 30 日，在大雨、龙卷风和洪水之后，瓦伦西亚。La Gota Fria（“冷空气滴”）或 Dana 天气现象，其中充满水分的空气滞留在一个区域并排放冰雹、大雨和雷暴，由海洋的高温表面温度和向南摆动的急流提供。这些天气现象因 AMOC 的放缓而加剧，并且发生得更频繁。通过：盖蒂图片社

我是斜杠青年，一个PE背景的杂食性学者！♥致力于剖析如何解决我们这个时代的重大问题！♥使用数据和研究来了解真正有所作为的因素！

简而言之

·发现。 墨西哥湾流和其他洋流很久以前就为海员所熟知，他们利用它们来更快地航行。

·意义。AMOC 确保北半球比南半球更暖和，并且有可靠的季节、雨季等。

·驾驶。每年，当北大西洋的“重”水沉入深海并向南流时，AMOC 都会进行加油。

·崩溃。我们从地球的气候历史中知道，AMOC 可能会停滞不前，但不会停滞在它的临界点所在。

几千年来，大西洋对欧洲北部、南部、东部和西部的气候产生了中等程度的影响。这种影响与可靠的洋流系统有关——非常快速和强大的洋流（每秒约 1 米），以及将热量从热带输送到中高纬度地区的缓慢而温和的洋流（每秒仅几厘米）。

AMOC（大西洋经向翻转环流）是近地表和深层洋流的巨大相互作用，它将大量热量传输并释放到从热带到中纬度的大气中。概括地说，我们知道 AMOC 是如何运作的。副热带北大西洋的上部 1,000 米处被风顺时针旋转，形成一个大漩涡，地球的自转限制了西部的快速极地洋流。在深处，上部北流的浮力逐渐丧失，保持着大致相反的流。

这些流最容易在地表测量，因此是最众所周知的;然而，它们延伸到几公里的很深的地方，在那里很难测量，所以我们对连续的 “环流 ”的描述有些不完整。

洋流由风和海水密度的变化驱动，将热量和营养物质分布在地球上。海洋最近作为锂和锌的原材料来源也变得有趣。简单地说，这里代表了巨大的洋流。蓝线是寒冷的深流。您可以看到暖表流（红色）如何穿过非洲之角流向美国，然后沿着美国东海岸（墨西哥湾流）流向欧洲，流向冰岛。通过： 朱莉娅·佐特

尽管在浩瀚的大西洋中很难测量洋流，但所有迹象都表明，暖水在上部几百米处向北协调地运动，并被向南的冷水“回流”所覆盖。

大约 30 年来，海洋学家已经认识到大西洋经向翻转环流 （AMOC） 的重要性，它沿经向移动——即穿过整个子午线，从北半球到南半球——跨越纬度并从表面到深处“转弯”。这种 AMOC 可能会在短短几年到几十年内减弱和崩溃，对天气、气候和生态系统产生深远影响。

AMOC（暖水向北移动，冷水向南移动）与向北方的净热量传输有关，这些热量逐渐释放到上方的大气中。这些温暖（和潮湿）的气团被盛行的西风进一步带到东方，并影响西欧的气候。

如果没有 AMOC，爱尔兰、英国和挪威的冬季气温平均将低约 10 摄氏度;在西欧大陆直至阿尔卑斯山，冬季气温将低约 5 摄氏度。这种凉爽的大气会储存更少的水分，因此冬天会相应地更干燥。

什么是 AMOC

AMOC 如何运作？洋流是如何维持的？几十年来，这个问题的答案一直困扰着海洋学家，而且仍然很难找到明确的答案。

让我们从上层开始，它从表面延伸到大约 1 公里的深度。自 1940 年代后期以来，这种上层环流的基本原理就已广为人知，当时哈拉尔德·斯沃德鲁普（Harald Sverdrup，1888-1957 年）首次解释了广泛的均匀表层风模式如何在大漩涡中顺时针旋转亚热带海洋。

海洋不同层次的插图。粗略地说，越深，越冷，压力和盐度就越高。因为：水越咸越冷，密度越高，越重。北大西洋的深水之所以能够形成，是因为它的盐度足以下沉。通过： 朱莉娅·佐特

早在 18 世纪中叶，水手们就知道，从北美殖民地（很快成为独立的美国）到东方的返程得到了“海中河”——墨西哥湾流的极大便利。这条海中的河流是“西向加强”的洋流，200 年后由海洋学家亨利·斯托梅尔（Henry Stommel，1920-1992 年）和沃尔特·蒙克（Walter Munk，1917-2019 年）用数学解释。在 1940 年代末和 1950 年代初，他们用数学方法表明，地球自转的方向需要在洋盆地的西侧有快速而狭窄的流动，这就解释了为什么漩涡非常不对称。

从一公里的深度来看，北大西洋的洋流与风的影响是隔离的，必须以不同的方式解释。在这些很深的地方，环流基本上反转并向南流动，南流在墨西哥湾流下加强。

在前往北大西洋的途中，热量逐渐流失到大气中，这不仅对欧洲的冬天很重要，而且还会导致海洋表层冷却。这种冷却延伸到亚极地纬度及更远的地方。

虽然海洋中的一些热量被释放出来，但相关的蒸发会略微增加表层的盐度。随着温度下降且盐含量相对较高（盐浓度），向北流动的海水密度增加。或者换句话说：表层失去了浮力。

事实与数据

格陵兰岛，2024 年 7 月。不仅是 de Amoc，格陵兰冰盖也内置了物理临界点和正反馈，冰融化正是从中进行的——仅更暗的无冰表面对太阳辐射的反射减少就足以升高温度。©通过：盖蒂图片社

“崩溃”和临界点是什么意思？

·临界点是指系统的状态以及它们从一个（稳定）状态转向另一个（稳定）状态的时刻。如果一个物体被不断推向桌子的边缘，则在这个物体从站立倾斜到下降的那一刻达到临界点。

·从那时起，物体不再需要被进一步推动才能继续下落 - 直到物体撞到地面。它是不可逆的（没有外部影响）。

·一旦到达底部（或被捕获），该物品就会恢复到稳定状态。将其恢复到另一种状态需要能量。

·因此，当一个系统在没有来自外部的进一步动量的情况下倾斜到另一种状态时，就会达到一个临界点：在环流的情况下，新的稳定状态是一个没有 AMOC 的系统。

·地球有一些系统具有特定的临界点，因为它们包含正反馈。它们是自我强化的系统。例如，格陵兰岛和南极洲的冰层。冰越多，地球的反射就越好，温度越高，形成的冰就越多。AMOC 还可以通过温差和盐浓度来保持自身。

·超过临界点是不可逆的。这意味着积极的反馈是独立地持续下去。AMOC 的停顿也是不可逆转的，因为需要难以想象的能源才能运行或更换它。这是不可能的。AMOC 有两种稳定状态：on 或 off。

·与气候相关的地球系统可以相互加强，并充当将物体推向边缘的外力：例如，当格陵兰冰盖融化时，更多的淡水进入北大西洋。水的盐度较低，寒冷度较低，因此密度和重量较低，不能很好地下沉。AMOC 正在放慢脚步。随着海冰和冰盖的减少，热辐射的反射也减少了，这加剧了变暖，尤其是 AMOC 的减慢：海洋表面越暖，AMOC 的速度就越慢。

·AMOC 放缓的迹象包括墨西哥湾流更靠近美国南海岸，以及北大西洋所谓的冷斑。这个冷泡已经形成几十年了，并且正在不断扩大。它表明深水的下沉不再那么有效。

·在 AMOC 放缓期间，极端天气会增加。完全崩溃将导致北方的温差很大，因此不仅气温下降，而且极端风暴和降水也变得非常频繁。热带地区的降水带正在向赤道以下移动。新的干旱带正在出现，在南半球，高温将上升到新的极端。

在亚极地纬度的某些地方，冬末会发生一些非凡的事情，此时海面的条件达到密度的极端阈值（上升流减少）。海洋通常会将其特性（温度、盐度、密度）均衡到很深的地方。然而，在每年的几周内，深海（1000 米以下）开始移动。通过一系列复杂的事件，深度流动又维持了一年。鉴于海洋的巨大面积和相对较慢的深流，最好将深层环流理解为每年几个冬季刺激凉爽、深沉的 AMOC 回流的结果。

AMOC 的崩溃

直到 1990 年代初，美国海洋学家和地球化学家沃利·布罗克（Wally Broecker，1931-2019 年）和他的同事开始强调墨西哥湾流的不同状态在突然的气候变化中可能的作用，人们才意识到墨西哥湾流是 AMOC 更广泛、更深的流动模式的一部分。

在过去的冰河时代，这些戏剧性事件的证据以化学特征的形式出现，表明区域温度剧烈波动。从 1980 年代后期开始，它们在格陵兰冰盖钻探的冰芯中被发现。

正如科学中经常出现的情况一样，早在 1960 年代初，AMOC 突然崩溃和复苏的理论证据就已经被悄悄记录下来，这再次归功于亨利·斯托梅尔 （Henry Stommel），他的深刻见解激励了 30 年后一代海洋学家，他们此后开发并使用现代计算方法来彻底调查过去和未来 AMOC 崩溃的可能性。

排队取水：2024 年 10 月 31 日瓦伦西亚。山洪暴发还摧毁了水管等。通过： 盖蒂图片社

我们只部分地知道 AMOC 的崩溃会如何发展。冰芯冷却事件的证据表明，在每种情况下，冰芯都会在几个世纪内逐渐（可能是部分）崩溃，这与上一个冰河时代末期北部冰盖的冰和融水的灾难性释放有关。这种淡水用低盐度的水“覆盖”了海洋，这阻止了 AMOC 的年度复兴。

还有突然变暖的证据，最近一次是在 Bølling-Allerød 事件 （Alleröd interstadial），大约在 1950 年之前的 14,690 年，即上一个冰河时代0。在这一非凡的事件中，格陵兰岛在短短 100 年内局部变暖了约 10 摄氏度——可能甚至更突然，尽管这些变化的确切时间的证据有限。目前有一个共识，即在 Bølling-Allerød 事件期间部分崩溃的 AMOC 突然恢复并为格陵兰岛和更广泛的地区提供热量。

回顾过去的突发事件时，一个问题是高对比度的背景气候，包括冰盖，这与今天的气候有着根本的不同。随着全球变暖和当今相对无冰的世界，我们正在进入新的气候领域，而 AMOC 的命运并不明朗。

没有 AMOC 的生活？

如果 AMOC 崩溃——这本身就是一个发人深省的前景——还有另一个可以说是更重要的考虑因素：它如何以及何时恢复？在区域气候发生重大变化的情况下，我们能活多久，也许在温室气体浓度稳定和全球变暖趋于平稳之后很久？

过去气候变化的记录表明了多种可能性。在 Bølling-Allerød 事件中有明显的恢复迹象，但它可能在崩溃后很长一段时间内发生。这意味着，如果 AMOC 在 21 世纪后期停滞不前，那么复苏要到千禧年后期甚至更晚才会发生。不确定性源于我们目前对当今 AMOC 的理解，这是通过海洋学测量和计算机模型的最新进展实现的。

直到 2004 年，我们对 AMOC 的了解相当有限，尽管通过开创性工作获得了亚热带的重要快照。自 1950 年代以来，大约每十年就有一艘海洋学研究船缓慢穿越北大西洋。这艘船花了四到六周的时间穿越海洋，大约每 50 公里停下来，连续测量从表面到海底的温度和盐度。温度和盐度的结合导致了海水的密度，这被称为“水文”，给出了整体情况。

在大西洋盆地的西侧，有密度较低的温暖海水，这种热量可以到达很深的地方。在大约 1,000 米以上的任何深度，当我们从墨西哥湾流向西向东移动时，温度都会下降，密度会增加。海洋学家早就知道这种向东的所谓密度梯度如何与地球的自转相结合，导致向南流动，这种流动会随着深度的增加而减弱。

从水文学可以推断出，这股洋流是风驱动涡旋的表现形式，它慢慢地将上层相对凉爽的水向南拉，其中一部分随着墨西哥湾流迅速向北移动，向西移动。相同的原理也可以用于推导出与北方浮力损失有关的更深的南流。

大约在千禧年之交，海洋学家开始思考不规则巡航和传统水文学之外的事情，考虑如何持续测量或监测 AMOC。这个雄心勃勃的目标基于用于从水文测量中获取流量的相同方法，并通过在关键位置进行更有限但连续的测量进行了优化：RAPID-MOCHA 阵列。仔细规划和考虑东西边界附近以及大西洋中脊两侧径流的自然排列，使得在仅 12 小时的前所未有的时间间隔内获得准确的径流值成为可能。

然而，监测并不是无缝的，因为必要的测量是使用每年维护一次的固定仪器进行的。一旦从仪器中恢复了记录的测量值，就需要进一步努力延长 AMOC 时间序列，该时间序列通常会更新为当前日期前两年左右。在 2004 年至 2022 年期间，AMOC 在时间尺度上波动很大，从几周到几年不等。2009-2010 年 AMOC 的显着下降导致 2009-10 年和 2010-11 年冬季寒冷的冬季条件——也许预示了崩溃可能带来的后果。

崩溃的可能性有多大？

空气和水在我们的大气和海洋中的大运动，以及它们不断变化的特性，是由几个（通常是七个）方程决定的。这些方程可以在自 1950 年代现代计算机技术黎明以来开发的复杂计算机程序中“以数字方式”翻译。

由于计算机硬件的几项重大进步，这些程序构成了大气和海洋复杂“模型”的基础，这对于现代气候预测至关重要。任何预报的一个重要部分是不断发展的海洋环流，而 AMOC 是其核心。自 1990 年代气候模型首次包括海洋环流以来，关于 AMOC 的未来出现了许多情景——从长期稳定到 21 世纪的部分崩溃。近 30 年后，尽管在模型保真度方面取得了长足的进步，但直到本世纪中叶，AMOC 的命运仍然高度不确定。

统计学家将模型计算和观察到的地表温度波动相结合，以确定 AMOC 崩溃的可能性。在最近的一项研究中，这一可怕的事件发生在本世纪中叶，甚至可能是“之后的十年”，但具有相当大的不确定性。

我们的“温柔的朋友”会发生什么还远不清楚。崩溃发生的速度有多快？，我们怎么知道它正在进行中？AMOC 能否迅速从崩溃中恢复过来？与科学界一样，人们正在努力以最好的方式回答这些问题。

为了更好地了解 AMOC 如何变化，我们需要仔细研究过去冰和沉积物的记录。

为了更好地了解 AMOC 今天的变化，我们需要维护和扩展我们对流量和财产模式的测量。

为了更好地了解 AMOC 在下一个月、年、十年或后一个世纪的行为，我们需要不断完善气候模型，即使它们已经与我们可能永远无法完全监测的现实有着惊人的相似之处。

最后，我们可能需要反思一下，在强大的 AMOC 支持下，我们通常认为在稳定的气候中是理所当然的。

结论

大西洋经向翻转环流是地球气候系统的所谓临界点之一：环流是一个基于盐分和温差的自我强化反馈系统。淡水的输入（冰川融化、冰盖融化）具有减缓作用，高温也是如此，这会导致分层。这种非线性关系很难建模。有许多悬而未决的问题，但在阅读了罗伯特·马什 （Robert Marsh） 之后，它们似乎更具社会性质：什么风险被认为是可以接受的？到目前为止，AMOC 的放缓已经对欧洲的气候和天气产生了影响。

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