斯坦福大学科学家解开南大洋表面水温一直在下降的谜团

近几十年来，南大洋表面水温一直在下降，这与气候模型预测的变暖相反。研究人员现在已经测量出，自 1990 年以来，这种意外降温有多少是由冰盖融化产生的淡水造成的——这是目前的气候模型在很大程度上忽略的因素。研究发现，这种沿海淡水流入在降低南大洋表面温度和影响全球气候系统方面发挥的作用比之前理解的要大得多。

斯坦福大学的研究人员发现，融水和降雨的增加造成了南极洲周围数十年来预测海洋温度与实际海洋温度之间差距的 60%。

全球气候模型早已预测南极洲周围的海洋应该会变暖。然而，观测表明，在过去 40 年的大部分时间里，这些水域实际上已经冷却。

根据斯坦福大学的新研究，这种不匹配主要是由于模型中忽视了两个因素：南极冰融水的影响和对区域降雨的低估。

斯坦福大学杜尔可持续发展学院地球系统科学助理教授、3 月 27 日《地球物理研究快报》研究报告的资深作者厄尔·威尔逊说：“我们发现南大洋的降温趋势实际上是对全球变暖的反应，这加速了冰盖融化和局部降水。 ”

随着气温升高，南极冰盖融化，降水增多，南大洋上层的盐度越来越低，因此密度也越来越低。这形成了一个盖子，限制了冷表层水与下方较暖水的交换。“表层越淡，混合温水就越困难，”威尔逊解释道。

但这种淡化现象并没有在最先进的气候模型中得到充分体现——科学家们早已认识到这一缺陷是未来海平面上升预测中的主要不确定性来源。“大多数气候模型完全忽略了冰川融水对海洋环流的影响，”威尔逊说。

南极洲周围海面温度的观测值与模拟值不一致，是科学家和政府在应对气候影响时面临的更大挑战的一部分。全球气候模型通常不能准确模拟过去 40 年来南大洋和赤道附近东太平洋观测到的降温情况，也不能准确模拟印度洋和西太平洋观测到的变暖强度。模拟结果与观测到的拉尼娜天气状况的频率也存在差异，拉尼娜天气状况是指东太平洋温度低于平均水平。

过去八年左右，南大洋的变暖事件在一定程度上减弱了长达四十年的降温趋势。但如果全球海面温度趋势继续与近几十年出现的模式相似，而不是向模拟预测的模式转变，这将改变科学家对气候变化短期影响的预期。“我们的研究结果可能有助于调和这些全球差异，”威尔逊说。

全球海洋吸收了人类活动排放的二氧化碳的四分之一以上，以及温室气体滞留在气候系统中的 90% 以上的多余热量。“南大洋是发生这种情况的主要地点之一，”该研究的主要作者、地球系统科学博士后学者扎卡里·考夫曼说。

因此，南大洋对全球海平面上升、海洋热量吸收和碳封存有着巨大影响。其表面温度影响厄尔尼诺和拉尼娜天气模式，进而影响远至加利福尼亚的降雨。

为了了解南大洋冷却的物理机制，并更可靠地预测其未来对地球气候系统的影响，威尔逊和考夫曼着手确定模拟中南极洲周围海面温度因淡水而冷却了多少。“我们天真地认为，把淡水放在哪里并不重要，”威尔逊说。

研究人员惊讶地发现，地表温度对集中在沿海的淡水通量比对以雨水形式广泛溅洒在海洋上的淡水通量更为敏感。

“在南极边缘附近使用淡水对海冰形成和海冰范围的季节性循环有更大的影响，进而对海面温度产生下游影响，”威尔逊说。“这是一个令人惊讶的结果，我们渴望在未来的工作中进一步探索。”

此前的研究曾试图量化南极融水对全球气候系统的影响，方法是在单个气候模型模拟中添加一定量的淡水，科学家将这种实验称为“浇水”实验。“你会得到非常不同的结果，因为人们的实验设置略有不同，模型也略有不同，目前还不清楚这些是否真的是同类比较，”威尔逊解释说。

在这项新研究中，研究人员试图通过使用一系列模拟来避免这个问题。作者利用最近启动的南大洋南极淡水输入 ( SOFIA ) 倡议中新的耦合气候和海洋模型，以及一组模拟海洋密度和环流变化的旧模型，分析了 1990 年至 2021 年期间模拟海面温度对实际淡水输入的响应变化程度。

考夫曼说：“关于融水在历史时期是否足以产生真正影响，一直存在一些争议。我们的研究表明，融水确实会产生影响。”

利用这种结合了 17 种不同气候模型模拟的新方法，研究人员发现，缺失的淡水可解释 1990 年至 2021 年间南大洋表面温度观测值与预测值不一致的 60%。

“我们早就知道，冰盖融化将影响未来一个世纪及以后的海洋环流，”威尔逊说。“我们的研究结果提供了新证据，表明这些融水趋势已经改变了海洋动态，甚至可能改变了全球气候。”

编译自/ScitechDaily