大西洋洋流“千年来最弱”，影响几何？| 世界地球日-ag凯发真人

撰文 | 唐颢苏

责编 | 冯灏

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在英国伦敦，近30年冬季一月的平均气温一般在2至7°c，与之相较，处于同一纬度的中国黑龙江漠河，一月的均温则低至零下36至零下20°c。造成这种东西纬向差异的一个重要原因，正是由于冬季北大西洋暖流持续不断地向西欧输送暖湿空气。

不仅是西欧，冬季北大西洋暖流也可以调控万里之遥、远在中国的天气气候系统——北大西洋暖流带来的暖湿空气经由北大西洋深入北极地区，将原本盘旋于该地的北极涡旋等冷气团驱赶至西伯利亚、蒙古高原等地区，进而加强西伯利亚高压，最终加剧冬季中国北方极端冷暖事件的发生 [2]。

近期有多项研究 [3-5] 指出，大西洋洋流系统正处于近千年来的最弱状态，这种减弱可能意味着该系统正在失去稳定性 [6]。

大西洋洋流系统的潜在崩溃，可能在全球范围内引发严重后果 [7]。

首当其冲的便是西欧与北美地区的剧烈降温、大西洋海平面上升。随后，可能在全球引发一系列连锁反应，甚至中断当前的全球变暖，使得整个北半球中高纬度地区陷入数百乃至数千年的低温冰川期。

全球大洋环流主要可以分为两类：风生环流与热盐环流。

风生环流由海表的风场驱动，可以影响到深至海表400米以下海水的流动。

而由密度梯度驱动的深层环流被称为热盐环流，海水的密度由温度和盐度决定，温度越低、盐度越大，则密度越大。进一步的，海水密度差会引起全球尺度的深海流动，如海表低温高盐的水团会因为密度大而下沉 [8]。因此，热盐环流也被称作大洋环流传输带（the great ocean conveyor）[9]，它控制着全球大洋约90%的水体，是调节全球气候系统的关键纽带。

大西洋洋流系统是大洋环流传输带的重要组成部分，它更加学术的名称是“大西洋经向翻转环流”（atlantic meridional overturning circulation，amoc），名称中的 “经向” 即南北方向。北大西洋暖流在向北流动的过程中，会逐渐向大气释放热量与水汽，自身则会变成低温高盐的水体。海水因为密度增大（变重）在北大西洋北部地区下沉，形成北大西洋深层水。该水体在中深层海洋折返向南运动，越过赤道在南半球海域上升，最终汇入北大西洋暖流形成闭环 [10]。

大西洋经向翻转环流的表层海水向北流动，会将赤道的热量输送到北大西洋中高纬；这一过程就像全球气候系统的“阿喀琉斯之踵”，一旦减弱甚至崩溃，输送到北大西洋中高纬的热量变少，最先变冷的是离其最近的西欧和北美地区，随后整个北半球也会一起变冷，牵一发而动全身，“环球同此凉热”。

由于大西洋经向翻转环流在全球能量传输中的重要作用，它也被气候科学家们列为影响世界的九大关键气候 “临界点”（tipping point）之一。

所谓气候 “临界点”，即一旦越过该点，就可能会发生重大且无法逆转的气候变化。正如同一叶漂浮在水面上的扁舟，刚开始倾斜进水时，尚能保持平衡；但当倾斜达到一定程度时，小舟就会倾覆——造成这一不可逆后果的倾斜角就是 “临界点”。

如果大西洋经向翻转环流突然越过气候“临界点”，世界又将会是怎样一幅景象呢？

著名科幻灾难片《后天》讲述的就是这样一个故事：由于全球变暖，大西洋经向翻转环流突然崩溃，临近北大西洋中高纬的欧洲和北美地区被冰河包围，全球也即将陷入第二次冰河纪。

诚然，电影情节有诸多夸大，片中冰河世纪一夜而至的情节也绝无可能在当今现实世界中发生。然而，在地质历史时期，大西洋经向翻转环流的变化确实曾引起《后天》场景般的环境巨变。

距今约1.2万年前，地球正处于暖期，大西洋经向翻转环流突然减弱，大洋环流传输带关闭，全球增暖中断，气温陡降。整个事件持续了约1200年，期间全球平均气温整体下降了约6℃。这次全球性的突然变冷事件被后人称为 “新仙女木事件”（younger dryas event）。

运用气候模式，在超级计算机上进行数值模拟试验，当代气候科学家详细分析了这一距今1.2万年前的 “全球变暖背景下的突发性变冷”。

主流观点（冰盖融化说，另一派为彗星撞击说）认为，由于全球变暖，当时北半球高纬冰层（如北美大陆劳伦泰德冰盖）大量融化，导致大量淡水注入北大西洋；又由于淡水密度小于海水，很难沉入海底，海洋垂直层结加大，大西洋经向翻转环流位于北大西洋的高纬下沉支减弱，进一步带动整个大洋环流传输带的减弱，赤道地区温暖的海水不再向北输送，最终引起全球变冷—— “新仙女木事件” [13]。

此外，当时全球变暖背景下北极增暖相较全球其他区域更快，导致极地与热带间的温差减小，进一步引起北半球中高纬高空西风急流的减弱，可能加剧了 “新仙女木事件” 期间西欧与北美东部气温的骤降。

大西洋经向翻转环流横跨了整个大西洋，因此，直接观测极具挑战性，大部分关于它的研究也主要依赖气候模式模拟或使用代用资料。为此，2004年4月以来，气候科学家们在大西洋26°n断面展开连续观测，即rapid项目（rapid climate change programme）。结果显示，大西洋经向翻转环流在观测时间段内基本呈现减缓趋势。

然而，我们并不能据此判断——是人类活动引起的全球变暖造成了这种变化，因为直接观测到的减弱也受到环流系统自身变率的影响。正是因为种种不确定性，“大西洋经向翻转环流在20世纪发生改变” 这一结论被联合国政府间气候变化专门委员会（ipcc）第六次评估报告《气候变化2021：自然科学基础》列为 “低信度”。

也有研究认为，在当前气候背景下，大西洋经向翻转环流的减弱并非会引起全球变冷，反而更有可能加剧全球变暖 [17]。

该研究认为，当大西洋经向翻转环流较强时，会向北大西洋高纬地区输送更多低温高盐的海水，随后的局地下沉会将更多地表上人为产生的热量带入深海，这一过程会减弱地表人为造成的变暖，充当起全球变暖的 “缓冲器”。而在大西洋经向翻转环流较弱时，进入深海的热量就会变少，更多的热量会停留在海洋表面，加热大气，使其温度迅速上升，从而加剧全球变暖。

然而，受限于代用资料数据来源可靠性等问题，这一猜想仍然饱受争议 [18]。未来，气候科学家们需要通过更长时间尺度的直接观测数据，确定内部变率、自然强迫和人为强迫对大西洋经向翻转环流变化的相对贡献。

尽管大西洋经向翻转环流的相关研究目前尚存巨大的不确定性，但有一个结论是肯定的——若温室气体排放持续增加，则该系统在未来将会减弱。

在气候模式预测的所有未来排放情景下，大西洋经向翻转环流在本世纪都将减弱，这一结论被ipcc第六次评估报告列为 “高信度”，意味着所有的气候模拟试验结果高度一致。

具体而言，与1850至1900年相比，假设全球温升稳定在1.5 ℃、2.0 ℃和3.0 ℃，大西洋经向翻转环流将在几十年内减弱15%、20%和30% [14]，而气候系统的复杂性决定了这种局地海洋环流的减弱可能带来全球大范围的气候异常。

尽管该系统会减弱，但在未来百年内不太可能发生突然的崩溃（中等信度）。但另一方面，这种崩溃一旦发生，将非常可能导致区域天气型和水循环的突然转变，例如热带雨带南移、非洲和亚洲季风减弱等。因此，ipcc第六次评估报告将大西洋经向翻转环流的崩溃列为小概率、高影响事件（黑天鹅事件）。

即便大西洋经向翻转环流未来减弱至崩溃，地球依然可以达到新的气候平衡态。但人类是否可以再次去适应，我们不得而知。

“后天” 也许离我们并不遥远，我们需要对当前的全球变暖引起足够重视，并付诸行动，通过减少温室气体排放，减缓这种变化。毕竟，地球是不需要人类拯救的，人类要拯救的是自己。