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一个浮船测量海洋温度。资料来源:德国Argo项目/Ifremer。
一个浮船测量海洋温度。 资料来源:德国Argo项目/Ifremer。
客人的帖子
2020年2月11日8点

嘉宾帖子:颠覆性的《大西洋月刊》会“停刊”吗?

客人的作者

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02.11.20
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11.02.2020 |8:00 AM
客人的帖子 嘉宾帖子:颠覆性的《大西洋月刊》会“停刊”吗?

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,有没有什么“不可逆转之点”让我们不得不做出不可逆转的改变?

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。

它是由海洋温度和盐度的微妙平衡驱动的,而这一平衡正受到气候变暖的破坏。

最新研究表明,AMOC在本世纪很可能会减弱,但崩溃的可能性非常小。然而,科学家们还不能确定到底变暖的程度会使AMOC超过临界点。

推翻

下图显示了AMOC的说明。在北大西洋,来自副热带的暖水向北流动,靠近表层,而寒冷的水——因此密度更大——在深度向南流动,通常在表层以下2 - 4公里。

在北部,温暖的表层水被上覆的大气冷却,转化为冷的、密集的水,并下沉,供给深的、向南的支流。在其他地方,冷水上升并被加热,重新供应上,温暖的分支和完成电路。

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?

中国海洋局很容易受到气候变化的影响。由于温室气体的增加,大气变暖,海洋从北大西洋表面散发热量的能力减弱,导致AMOC的一个驱动因素减弱。

本世纪全球变暖的气候模型预测一贯指向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)——两者都得出结论认为,中国外汇储备管理委员会“很有可能”在21世纪减弱。

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。

但更剧烈的变化在理论上是可能的。可能存在一个“临界点”,超过这个临界点,目前强劲的资产负债表将变得不可持续。

证据又回到了一个的论文出版于1961年,作者是现代海洋学之父之一,亨利斯托杰尔。Stommel认为AMOC是温度和盐度影响海水密度的一种竞争。

下图说明了不同可能的AMOC状态。在今天的气候中,温度占主导地位,寒冷、密集的高纬度水域驱动着强大的AMOC(红色曲线)。但在其他气候州,淡水(来自降雨或冰融化)可以使高纬度地区的水变得清新,从而减轻其重量;在这种情况下,水的密度不足以驱动AMOC,而AMOC会崩塌(蓝色曲线)。

如果流入大西洋的淡水足够强大——例如,格陵兰岛冰盖的迅速融化——图中的蓝点就会向右移动。根据Stommel的模型,在某一时刻,强大的AMOC状态(红色)变得不可持续,AMOC崩溃到“关闭”状态(蓝色)。然后,即使驱动气候变化的因素后来被逆转(图中蓝色的点回到了左边),AMOC也会保持在蓝色曲线上,直到气候在相反的方向超过了现在的条件时才会重新打开。这种现象被称为“滞后现象”。

Stommel简单模型中AMOC的引爆点和滞后。AMOC的可能状态取决于注入大西洋的淡水量(x轴)。AMOC强度在y轴上表示。[注意,这两种单位均为Sv, 1 Sv表示每秒输送100万立方米水。当淡水输入较低时,温度主导流量,只有强的AMOC是可能的(红色曲线)。对于高淡水输入,只有坍缩状态是可能的(蓝色曲线)。在两者之间,两种状态都是可能的。如果淡水输入超过临界值(临界点),AMOC就会崩溃。然后,即使淡水输入恢复到原始状态,AMOC也将保持关闭状态。信用:达特办公室

长期预测

斯托默尔的想法经过了多年的演变,但其基本的见解仍然重要。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冰墙挡住了。随着温度的升高,冰墙倒塌了,沉淀淡水从湖泊进入北大西洋,干扰了AMOC。此时可以看到一个主要的冷却古气候记录遍布北美,格陵兰和欧洲。

综合气候模型通常不会预测到21世纪AMOC的完全关闭,但最近的模型可以预测到更远的未来。的场景下持续高温室气体浓度,许多模型项目一个有效的AMOC关闭时间为2300

不过,对未来AMOC的模型预测范围很大。因此,在什么程度的全球变暖会导致AMOC关闭的问题上,科学界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“不太可能”(pdf)。然而,超过AMOC临界点的影响将是巨大的,所以最好将其视为一种“低概率,高影响”的情况。

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。通过在模型中加入大量的北大西洋淡水,科学家们人为地减轻了形成环流下部分支的寒冷、稠密的水。这就停止了AMOC然后我们就可以看看对气候的影响。

下图说明了其中一个实验导致的变化。关闭AMOC会导致整个北半球变冷(蓝色阴影),特别是靠近北大西洋热量散失区(北大西洋中央供暖系统的“散热器”)的区域。在这些地区,由于温室气体造成的降温超过了预期的变暖,所以21世纪的完全关闭,虽然不太可能,但可能会导致西欧等地区的净降温。

模拟表面温度(C)的变化后,人为诱导的崩溃的AMOC。阴影表示冷却(蓝色)或升温(橙色和红色)。由许可从施普林格转载。Jackson等人(2015)高分辨率GCM中AMOC的减缓对全球和欧洲气候的影响,气候动力学。

其他影响包括降雨模式的重大变化、欧洲冬季风暴的增加以及北大西洋盆地周围海平面上升50厘米。在许多地区,由于全球变暖,这些影响将加剧这种趋势。

虽然这些模型实验是人为的,“如果?,它们说明了AMOC崩溃可能导致的巨大变化。它对农业、野生动物、交通、能源需求和沿海基础设施的影响将是复杂的,但我们可以肯定的是,它将产生重大必威体育在线注册的社会经济后果。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%。

对于崩溃的风险,我们能做些什么?

正如上面所解释的,科学家们还无法确定全球变暖的水平,在这个水平上,AMOC将面临跨越临界点的风险。

然而,即使不知道倒闭的可能性有多大,管理AMOC倒闭的风险也是可能的。

以国内为例:我知道我的房子有可能被烧毁,但不太可能——这是一个低概率、高影响的事件。我不知道发生火灾的可能性有多大,但我可以通过检查电线和安装烟雾报警器来控制风险。检查线路可以减少火灾发生的可能性,而烟雾报警器在火灾发生时可以提前警告我,这样就可以通过疏散房屋和打电话给消防队来减少影响。

最近,我和同事们埃克塞特大学,我们一直在探索建立AMOC倾倒预警系统的可能性。

使用一个简单的模型,我们展示了亚热带和次极地大西洋的盐度随时间的变化可以为AMOC是否正在走向崩溃提供早期提示,可能在AMOC出现任何重大减弱之前的几十年。

这项研究还处于早期阶段,但通过监测这样的指标,就有可能为AMOC崩溃的后果提供更多的准备时间,或者采取更积极的气候变化减缓措施,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,人们对气候变化途径的兴趣也在增加暂时过度最终目标关卡。重要的是,这种超调不会在到达最终目的地的过程中超过任何不可逆转的阈值,因此,对引爆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,对AMOC引爆点的建模大多采用了北大西洋淡水输入的理想情景。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清新同时发生时,会发生什么。

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监测进入了一个新的时代RAPID-MOCHA它是一组系泊的仪器,横跨北纬26.5度的大西洋宽度,提供对AMOC的持续监测。在此之前,47年里的发行量只有5次快照。

研究结果已经改变了我们对AMOC如何随时间变化的理解AMOC意外下跌2009年秋季观察到的这一现象被认为对2009-10年和2010-11年欧洲异常寒冷的冬天起到了作用。

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的这个关键元素,并给世界一个准备任何令人厌恶的意外的机会。

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