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  • 大西洋环流“刹车”,“后天”即将来临?

    来源:文汇报 2018.11.25 2018-12-04 10:05:11 点击:436 赞美:12

     

     

     

     

     

        一万多年前,持续变暖的地球曾经突然变冷。这一气候突变曾被好莱坞大片《后天》搬上荧幕,引发全球关注。决定“后天”是否会出现的关键,是一股在全球范围循环的洋流。如果有一天,这股洋流转不动了,《后天》中设想的场景就将真的来临!

     

        日前,两篇同时发表于《自然》杂志的论文指出,全球洋流系统中的关键一环——大西洋环流,正处于近1600年来最弱的时期。洋流减速的惯性会否持续至“停摆”?真实版《后天》莫非即将上演?

     

        ■本报见习记者 金婉霞

     

        近年来,科学家把目光聚焦于“气候和海洋”。除了两篇发表于《自然》杂志的论文,其他来自全球不同地区的科学家的研究也显示,一个多世纪以来,大西洋洋流输送带逐渐出现了变化。这导致了大西洋两岸地区的极热和极冷气候,未来可能还会有更多的气候问题因之而出现。

     

        如果洋流减速地球会怎样

     

        在大西洋洋流中,有一支被称为“暖输送带”,学名亦称“大西洋经向翻转环流”(AMOC)。它将海洋在热带获得的热量经北美墨西哥地区(即墨西哥湾流)向格陵兰和西欧北欧输送,并一路向大气释放热量,为沿岸国家带来温暖的气候。

     

        在这场跨越全球的海洋之旅中,不断蒸发的海水变得更咸,一路北上也使它逐渐冷却。当这支洋流抵达挪威和格陵兰海时,海表的海水密度已经变高,于是变重了的海表水开始下沉,溶入北极流来的冷水开始下沉,转了个弯,开始向南流动,成为AMOC的冷输送带。

     

        盐度和温度的变化驱动了这一整套洋流运动。在挪威和格陵兰海区域发生的哪怕十分微小的变化,也会对整套系统产生深远影响。

     

        1961年,美国海洋学家亨利·斯托梅尔指出,理论上,海水温度与密度之间的平衡关系决定了洋流的流动状态。上世纪八十年代,温室气体排放导致全球变暖,包括格陵兰岛冰层在内的北极冰层融化,大量淡水流入北大西洋,  “冲淡”了这一区域的海水浓度,进而引发一系列连锁反应,最终导致AMOC向南折返的深层海流速度减缓,就像是在原来的洋流高速公路上踩了一脚刹车。

     

        2004年热映全球的灾难大片《后天》,曾向我们描述过这样的场景:AMOC系统突然停止运行了几天,随之亚欧及北美大陆陷入一小段冰河期,海洋风暴席卷全球。在影片的几个场景中,主角们遭遇了全球极冷天气,短短几秒之内,一切都被冰冻了。

     

        现实中,这样的灭顶之灾在发生之前,可能得先  “酝酿”好几十年甚至几世纪。对人类而言,最直接的影响可能是美国东部海平面上升、欧洲遭遇热浪袭击、非洲和亚洲季风紊乱——如果AMOC减速,大量海水停滞在大西洋,美国东部海平面可能会上升1521厘米,纽约等城市频繁遭受洪水;AMOC的减速也会减弱深海储热能力,热量从大海流向大陆,中美洲、非洲、亚洲的季风系统由此被破坏,这些地区可能久旱不雨。

     

        洋流减速曾被认为是正常波动

     

        早前,科学家们已发现在上一冰河世纪,AMOC曾停止活动。当时的欧亚大陆和北美地区仍是一片冰原,冰层断裂后,流窜入大西洋,随后融化成水,稀释了海水浓度,进而减弱了AMOC——和现在发生在大西洋上的情形几乎一样。“我们担心,AMOC也会在未来减弱。”伦敦大学学院的戴维·索纳利博士说。今年4月,他的研究团队和美国伍兹霍尔海洋研究所牵头的一项新研究发表于  《自然》杂志,研究表明,自19世纪中期以来,全球海洋环流系统中的一个关键齿轮并没有达到峰值,目前处于过去1600年以来的最低点。这蕴藏着AMOC减弱的风险。

     

        似是巧合,就在《后天》上映后的一年,英国南安普顿国家海洋学中心哈利·布莱登及其同事们发现,洋流已减速30%。研究人员比对了1957年至2004年间横渡大西洋的五条研究巡航舰收集到的数据后发现,本应被洋流输送到北部的部分热量值明显下降了。这在媒体中引起了轩然大波,但布莱登的说服力不足。其他专家认为,洋流强度的变化随季节不同,布莱登可能是将暂时性的正常波动误认为是长期衰退。此外,气候模型也显示,洋流的这种波动似乎是正常的。

     

        无论如何,研究人员开始留意洋流了。2004年起,科学家在海上放置仪器测量AMOC,由此得到了14年间AMOC运动情况的连续数据。数据显示,AMOC的运动规律的确呈现出季节性波动:它在北半球的秋天最强,春天最弱。这也的确是布莱登所发现的AMOC减速的最主要原因。

     

        人类似乎松了一口气。进一步的数据分析也证实了这一结果:2009年至2010年期间的冬天,AMOC曾减弱了30%,但随后一年又恢复到了正常值。据推断,可能是海水表面的逆向强风影响了洋流的速度。鉴于此,很多人认为早期的研究甚是“多余”。

     

        北大西洋出现了神秘“冷池”

     

        为了系统、全面地弄明白洋流的波动问题,研究人员调出了更长时间跨度的数据。德国波茨坦气候影响研究所的研究人员史蒂芬·拉姆斯托夫和同事们研究了1901年至2013年期间海表温度的变化情况。他们意外发现了一个  “冷池”——虽然全球海水总体呈现变暖趋势,但北大西洋中一片油滴状区域中的海水却变冷了,特别是自1970年以后。

     

        20153月,拉姆斯托夫发表了这一研究结果,几个月后,欧洲遭遇了破纪录的酷热。随后一年,英国南安普顿国家海洋学中心的奥雷利·杜切斯证明了这一酷热与北大西洋中油滴状的冷池相关。

     

        过去的几年中,如果冷池更为明显,相似的热浪就会出现。研究者甚至认为,北大西洋的冷池影响了北美大气急流(指风速30/秒以上的狭窄强风带,是大气环流中的一个重要特征),从而造成美国东部近年来的极冷冬季及强暴风雪。

     

        随后,拉姆斯托夫的研究团队通过比对树木年轮、海洋沉积物、冰芯和珊瑚中所记录的数据,研究了公元900年后海表温度的变化情况。他们发现,1970年以前大西洋中并没有出现过该冷池,并认为,这一冷池是因为AMOC减弱造成的。换言之,这一冷池也证明了AMOC正在减速。

     

        此结论一出,引起学术界一片争论。一些人质疑道,这个冷池会不会是由其他原因导致的呢?

     

        多项研究证明AMOC正在减速

     

        从现有证据看,似乎不太可能。仅在今年,已有三项研究报告指出AMOC减速已经在发生。

     

        德国基尔海洋研究所赫尔姆霍茨海洋研究中心海洋学家玛丽莲娜·奥特曼首先提交了相关报告。她和同事跟踪调查了2002年至2014年间格陵兰南部的伊尔明厄海,调查发现,这一海域在接连多个夏季,特别是2010年以后的夏季变得出乎意料的热,且海水盐分浓度也降低了,这些都是AMOC减弱的信号,指示了AMOC回流冷水的减弱。此外,酷夏之后的冬季则显得有些过于“温和”,使得海水没有时间进行充分冷却,导致海表水难以下沉。于是在来年春天,有四分之一的淡水停留在原处,海洋的对流根本没有发生。

     

        拉姆斯托夫也于4月找到了新证据,证明北大西洋冷池确实是洋流减弱的产物。他的研究团队模拟了1870年至2016年期间洋流变化情况后发现,自20世纪中叶以来,洋流减弱了15%,虽然洋流在上世纪九十年代曾短暂恢复,但又持续减弱,这种减弱贯穿了整个二十一世纪。

     

        戴维·索纳利博士领导的研究团队对拉姆斯托夫的研究结果进行验证。他们主要调查了AMOC中的一支海流——西边界流,这支暖海流沿大洋西部边缘大陆坡的狭窄地带在上层向高纬度方向流动,以后下沉带着大洋深部冰冷的海水又向南回流。研究团队分析、测量了拉布拉多海底底部泥沙中的沉积物颗粒。如果沉积物颗粒越大,意味着洋流速度越快。  “溪水流动越快,山体岩层越坚硬;河水流动缓慢,沉积物则松软且沉积在了河底。”索纳利说。据此,科学家揭开了深海洋流变化之谜:1750年左右,西边界流开始减弱,到1870年,它已明显减弱到了此前1500年的历史最低点,并一直减速至今。

     

        如果把所有的研究结果放在一起来看,AMOC减弱似乎已是不争的事实。“从不同角度来看,我们得出的结论是一样的。”索纳利说。

     

        “我猜测,AMOC正在减弱,而且显然不是周期性变化。”法国波尔大学研究员乔瓦尼说。也有部分研究人员不死心,他们等着更多的数据结果。

     

        一个流速减缓的AMOC已经影响了全球天气模式,如果AMOC彻底停止了,天气会变得怎样?拉姆斯托夫说,这一问题的核心在于,科学家们也不知道,要让AMOC彻底停止需要多大的“外力”。随着AMOC的减速,在理论上,人类的确会越来越接近那个刹车点,“但我们不知道我们离那个点还有多远。”拉姆斯托夫说。

     

        目前,科学家们认为,AMOC不会“紧急刹车”,那样的话,整个地球将会遭遇《后天》现实版。但这一概率仍然存在,如同经济危机一样,气候也正处于一个“小概率、大影响”的事件发生期。

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