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阿尔戈浮标测量海洋温度。资料来源:德国《逃离德黑兰》/Ifremer。
阿尔戈浮标测量海洋温度。 资料来源:德国《逃离德黑兰》/Ifremer。
客人帖子
2020年2月11日8:00

客座帖子:大西洋推翻流通'关闭'?

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02.11.20
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11.02.2020 |8:00 AM
客人的帖子 客座帖子:大西洋推翻流通'关闭'?

一般来说,我们认为气候变化是一个渐进的过程:人类排放的温室气体越多,气候变化就越大。但是,是否有“不归路”让我们做出不可逆转的改变呢?

被称为“Amoc”的“大西洋经络翻转流通”是世界上海洋的主要现有系统之一,在调节气候中发挥着至关重要的作用。

引爆点
这篇文章是为期一周的“引爆点”特别系列文章的一部分,即气候变化可能会将地球系统的某些部分推向突然或不可逆转的变化

它是由海洋温度和盐度的微妙平衡驱动,这面临着温暖的气候令人不安的风险。

最新研究表明,Amoc很可能削弱本世纪,但崩溃是非常不可能的。然而,科学家能够从能够定义更加变暖可能会推动击倒点的方式。

推翻

下图显示了AMOC的说明。在北大西洋,来自亚热带的暖水在接近地表的地方向北流动,而寒冷的水——因此密度更大——则在深度向南流动,通常在地表以下2 - 4千米。

在北方,温暖的地表水被上覆的大气冷却,转化为冷的、稠密的水,并下沉供给深的、向南的分支。在其他地方,冷水上涌并被加热,重新供应上部的加热分支,完成整个回路。

amoc的示意图。红色途径显示较近表面的温暖水,而紫色途径呈较冷,更致密的水在深度移动。信用:达特办公室

amoc可以崩溃吗?

AMOC易受气候变化影响。由于温室气体的增加,大气变暖,海洋从北大西洋表面失去热量的能力减弱,AMOC的驱动因素之一减弱。

气候模型对本世纪全球变暖的预测一直指向AMOC的减弱。最近的评估政府间气候变化小组(IPCC) -第五次评估报告(AR5)和在不断变化的气候中关于海洋和冰冻层的特别报告(SROCC) - 既结论,武装“很可能”在21世纪削弱。

随着北方供热放缓,这种弱化将对北大西洋地区周围的气候产生冷却效果。这种效果包括在气候预测中,但从温室气体浓度上升的直接变暖效果更强,因此网络结果仍然在陆地区变暖。

但从理论上讲,更剧烈的变化是可能的。可能存在一个“临界点”,超过这个临界点,目前强大的AMOC将变得不可持续。

证据又回到了一个的论文1961年由现代海洋学之父之一,亨利斯托杰尔.Stommel意识到Amoc是一种温度和盐度影响之间的竞争,这两者都影响海水密度。

下图说明了不同可能的amoc状态。在当今的气候,温度占主导地位和寒冷,密集的高纬度水驱动强大的amoc(红色曲线)。但在其他气氛中,淡水(从降雨或冰融化)可以清新 - 而且淡淡的 - 高纬度水;在这种情况下,水不足以驱动倒塌的amoc(蓝色曲线)。

如果输入大西洋的淡水足够强大——例如,由于格陵兰冰盖的快速融化——图中的蓝点就会向右移动。根据Stommel的模型,在某一时刻,强烈的AMOC状态(红色)变得不可持续,AMOC崩溃到“关闭”状态(蓝色)。然后,即使驱动气候变化后来被逆转(图中蓝点移回到左边),AMOC仍会停留在蓝色曲线上,直到气候在相反方向超过了当前的条件才会重新启动。这种现象被称为“滞后”。

Stommel简单模型中武器的分解点和滞后。AMOC可能的状态取决于大西洋(X轴)的淡水输入量。Amoc强度显示在Y轴上。[请注意,两者都在Sverdrups(SV)中测量,其中1个SV表示每秒运输一百万立方米的水。]当淡水输入低时,温度占流量,只有强大的amoc是可能的(红色曲线)。对于高淡水输入,只有折叠状态是可能的(蓝色曲线)。在两者之间,这两个国家都是可能的。如果淡水投入超出临界值(划船点),则武器将崩溃。然后,即使淡水输入返回其原始状态,amoc也将保持关闭。信用:达特办公室

长期预测

斯皮克尔的想法多年来已经进化,但基本洞察力仍然相关。有电动汽车丹斯随着世界上最近8200年前,最近在过去的冰河时代兴起,这种武器变化可能在过去的一些主要气候变化中发挥了作用。

当时,加拿大西北部的一个大湖被一堵冰墙挡住了。随着气温升高,冰墙崩塌,沉淀淡水从湖中进入北大西洋,扰乱了AMOC。在这个时候可以看到一个大的冷却古希网记录遍布北美,格陵兰和欧洲。

综合气候模型一般不会在21世纪完全关闭Amoc,但最近的模型已经进一步进入未来。在场景下持续高温室气体浓度,一些模型的项目有效的AMOC停机时间为2300

但是,未来AMOC的模型预测幅度广泛。因此,关于全球变暖水平会导致AMOC关闭的问题,科学界将不太可能在不久的将来看到任何收敛。

虽然破坏了STOMMEL原始模型的武器的基本机制似乎在气候模型中很重要,但还有其他试图稳定武器的过程。许多这些过程难以定量地模拟,尤其是具有电流计算功率可能的有限分辨率。因此,我们的AMOC预测将继续受到一段时间的不确定性。

考虑到所有的证据,IPCC的AR5和SROCC得出结论,在2100年之前,AMOC的崩溃是“非常不太可能“(PDF)。然而,通过AMOC倾向于倾向于的影响将是巨大的,因此最好被视为“低概率,高影响力”情景。

崩溃的影响是什么?

如果AMOC完全关闭,气候模型可以用来评估对气候的影响。通过在一个模型中向北大西洋添加大量的淡水,科学家们人为地减轻了形成环流下部分支的冰冷而稠密的水。这阻止了AMOC,然后我们可以看看它对气候的影响。

下图说明了在这样一个实验中产生的变化。AMOC的关闭导致整个北半球变冷(蓝色阴影),特别是最接近北大西洋热量损失区(北大西洋中央供暖系统的“散热器”)的区域。在这些地区,降温幅度超过了由于温室气体导致的预期变暖幅度,因此,在21世纪完全关闭核电站虽然不太可能,但可能会导致西欧等地区的净降温。

模拟的地表温度变化(C)后人为诱导的AMOC坍塌。阴影表示冷却(蓝色)或温暖(橙色和红色)。经施普林格许可转载。Jackson等人(2015)全球和欧洲气候影响武器放缓的高分辨率,气候动态。

其他影响包括降雨模式的重大变化,欧洲冬季风暴的增加,北大西洋盆地的海平面上升高达50厘米。在许多地区,这些效果会加剧由于全球变暖引起的趋势。

虽然这样的模型实验是人为的“如果是怎么办?”情景,他们说明了AMOC崩溃可能导致的变化的大小。对农业,野生动物,运输,能源需求和沿海基础设施的影响将是复杂的,但我们可以肯定会有重大的社会经济后金博宝188备用地址果。例如,一项研究在英国和爱尔兰西部主要放牧地区的草本生产力下降了50%的50%。

关于崩溃的风险可以做些什么?

如上所述,科学家们可以自信地定义一定程度的全球变暖,amoc将面临划线点的风险。

然而,即使不知道AMOC崩溃的可能性有多大,也有可能对其进行管理。

要采取国内类比:我知道是可能的,但不太可能,我的房子会烧掉 - 它是一个低概率,高影响力的活动。我没有太大的想法是有可能的,我会有火灾,但是我可以通过检查电气布线并通过安装烟雾报警来管理风险。布线检查减少了火灾的可能性,而烟雾报警会让我提前预警如果火灾开始,可以通过疏散房屋并呼吸消防队来减少冲击。

最近,与同事一起埃克塞特大学,我们一直在探索开发用于武器倾翻的早期预警系统的可能性。

使用一个简单的模型,我们已经表明了亚热带和亚极地大西洋盐度随时间变化的方式,可以提供一个早期迹象,如果AMOC正在崩溃的道路上,可能几十年前,任何重大削弱,已经看到在AMOC本身。

这项研究还处于早期阶段,但通过监测这样一个指标,有可能给AMOC更多时间为其崩溃的后果做准备,或采取更积极的气候变化缓解措施,使AMOC走上更稳定的道路。

杰出的问题

随着世界开始着手应对实现巴黎气候协议目标的挑战,人们对气候途径的兴趣也在增加暂时过度最终的目标水平。重要的是,在到达最终目的地的过程中,这种超调不会跨越任何不可逆的阈值,因此对临界点的研究需要将理论结果与这些更实际的问题联系起来。

迄今为止,大部分关于AMOC临界点的建模都使用了北大西洋淡水输入的理想化情景。这与过去的一些AMOC变化有关,但为了模拟未来的气候变化,我们需要了解当变暖和变新鲜同时发生时发生了什么。

这是一个更具挑战性问题,因为相关过程和反馈的数量增加。这些过程中的一些在小规模上运行,模拟努力解决当前计算能力。改善关键AMOC流程的建模需要耐心和长期承诺,但最终将在更自信的AMOC预测中支付股息。

Amoc崩溃的预警研究在其初期,但可能是应对风险的富有成效的方式。有一件事是肯定的:预警需要持续观察AMOC的关键方面。

2004年,AMOC监测进入了一个新时代RAPID-MOCHA,一系列停泊仪器,跨越大西洋宽度的宽容,北方北部宽度,并提供武装的持续监控。在此之前,只有五个循环的快照超过47岁。

结果已经改变了我们对AMOC随时间变化的理解:例如,an意外倾向于amoc- 2009年秋季观察 - 被认为在2009 - 10年和2010-11的异常冷的欧洲冬季发挥了作用。

最近,一个类似的监控数组已经在底座大西洋进一步安装了。随着连续测量研究阿尔戈号漂浮物的温度和盐度,海洋学家现在有了一个前所未有的数据库来研究我们气候系统中的这一关键元素,并让世界有机会为任何恶劣的意外做好准备。

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