一般来说,我们认为气候变化是一个循序渐进的过程:人类排放的温室气体,气候会改变。但有什么“不归点”,提交我们不可逆转的改变?
“大西洋经向翻转环流”,被称为“大西洋经向翻转环流”,是世界上主要的当前系统之一的海洋,在调节气候起着至关重要的作用。
它是由海洋温度和盐度的微妙的平衡,这是风险受到气候变暖的心烦意乱。
最新的研究表明,大西洋经向翻转环流很可能削弱这个世纪,但不太可能崩溃。然而,科学家们有一些方式无法定义多少变暖可能推动大西洋经向翻转环流的过去的一个转折点。
推翻
下图显示了一个大西洋经向翻转环流的插图。在北大西洋,温水从亚热带向北旅行在地表附近和寒冷,因此,更稠密,水是向南旅行深度,通常2-4km低于表面。
在北方,温暖的表面上覆水是冷的气氛,转换为冷,密集的水,向南和水槽供应深,分支。在其他地方,冷的水中和温暖,补给上,温暖的分支和完成电路。
大西洋经向翻转环流崩溃吗?
大西洋经向翻转环流是易受气候变化影响的国家。随着大气变暖由于温室气体的增加,海洋的能力失去北大西洋表面的热量减少,大西洋经向翻转环流的驱动因素之一是削弱。
全球变暖的气候预测本世纪一直指向大西洋经向翻转环流的削弱。最近的评估政府间气候变化专门委员会(IPCC) -第五次评估报告(AR5)和特别报道在海洋和冰冻圈变化的气候大西洋经向翻转环流(SROCC)——都认为是“很有可能”在21世纪削弱。
这样走软将冷却效果在北大西洋气候地区,北方供热是慢了下来。这种影响包含在气候预测,但直接从温室气体浓度上升温室效应更强,所以最终的结果仍然是气候变暖对土地的地区。
但更戏剧性的变化在理论上是可能的。“临界点”可能存在超出当前强劲的大西洋经向翻转环流变得不可持续。
这要追溯到一个的证据的论文在1961年出版现代海洋学的创始人之一,亨利Stommel。Stommel意识到大西洋经向翻转环流之间是一种竞争的影响,温度和盐度、海水的密度的影响。
下图说明了不同可能的大西洋经向翻转环流的状态。在今天的气候、温度控制和寒冷,密集的高纬度水驱动一个强大的大西洋经向翻转环流(红色曲线)。但是在其他气候状态有可能淡水(从降雨或冰层融化)清新——因此减轻高纬度地区水;在这种情况下,水不够密集驱动大西洋经向翻转环流,它崩溃(蓝色曲线)。
如果大西洋淡水输入足够强大——从格陵兰冰盖融化加速,例如,蓝色的点图会向右移动。根据Stommel的模型,在某种程度上强烈的大西洋经向翻转环流状态(红色)变得不可持续,大西洋经向翻转环流崩溃到“关闭”状态(蓝色)。即使驱动气候变化后逆转(蓝点回到左边的图),大西洋经向翻转环流会保持在蓝色曲线上,不会再切换回来直到现在的气候已经有些出格天条件相反的方向。这种现象被称为“滞后”。
长期预测
Stommel的想法已经发展多年来,但基本观点仍然是相关的。有电动汽车我丹斯大西洋经向翻转环流的变化可能扮演了一个角色在过去的一些主要的气候变化——最近在8200年前成为世界新兴从最后一个冰河时代。
在那个时候,一个巨大的湖在加拿大西北部会阻碍一个冰墙。随着气温变暖冰墙倒塌,存放新鲜的水从湖到大西洋经向翻转环流的北大西洋和打断。一个主要的冷却中可以看到古气候记录在北美、格陵兰岛和欧洲。
全面的气候模型通常不项目完全关闭的大西洋经向翻转环流在21世纪,但最近模型已经运行到更远的将来。的场景下持续高企的温室气体浓度项目一个,许多模型有效的大西洋经向翻转环流在2300年关闭。
模型预测未来的大西洋经向翻转环流的范围广泛,。因此,什么级别的全球变暖的问题会导致大西洋经向翻转环流的关机,科学界不太可能在不久的将来会看到任何收敛。
虽然大西洋经向翻转环流的基本机制,破坏Stommel最初的模型似乎是重要的气候模型,有其他进程试图稳定大西洋经向翻转环流。许多这些过程很难定量模型,特别是在与当前计算能力有限的决议,是可能的。所以我们的大西洋经向翻转环流预测将继续受到很长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,一个大西洋经向翻转环流崩溃之前2100年”不太可能”(pdf)。然而,传递一个大西洋经向翻转环流的临界点的影响将是巨大的,所以最好是视为一个“低概率、高影响”的场景。
崩溃的影响是什么?
气候模型可以用来评估对气候的影响如果大西洋经向翻转环流完全关闭。通过添加大量的淡水北大西洋的一个模型,科学家人为减轻冷,密集的水形成较低的分支的循环。这停止大西洋经向翻转环流和我们可以看看对气候的影响。
下图说明了变化,导致一个这样的实验。关闭的大西洋经向翻转环流导致冷却(蓝色阴影)的整个北半球,特别是北大西洋的地区离区热损失(北大西洋的“散热器”中央供暖系统)。在这些地区冷却超过预计由于温室气体变暖,所以一个完整的关闭在21世纪,虽然不太可能,可能导致净冷却在西欧等地区。
其他影响包括主要的降雨模式的变化,增加在欧洲冬季风暴和海平面上升50厘米的北大西洋盆地。这些影响将加剧许多地区由于全球变暖的趋势。
尽管这些模型实验是人工“如果什么?“场景,他们说明的大小变化,可能导致从大西洋经向翻转环流崩溃。影响农业、野生动物、运输、能源需求和沿海基础设施将是复杂的,但我们可以肯定,会有重大的社会经济后果必威体育在线注册。例如,一项研究显示主要放牧的草地生产力降低50%英国和爱尔兰西部的地区。
可以做些什么崩溃的风险呢?
如上所述,科学家是一些从能够自信地定义一个水平的全球变暖的大西洋经向翻转环流将跨越临界点的风险。
然而,它可能会管理大西洋经向翻转环流崩溃的风险,甚至不知道可能性有多大。
采取国内类比:我知道这是可能的,但是不可能,我的房子将会烧毁——这是一个低概率、高影响力的事件。我没有太多的想法是多么的可能,我将有一个火,但是我还是可以管理风险通过检查电线和安装烟雾报警器。线路检查可以减少火灾的可能性,而烟雾报警器给我预警如果火开始,这样可以减少的影响,疏散众议院和打电话给消防队。
最近,和同事埃克塞特大学,我们一直在探索发展中对大西洋经向翻转环流的引爆一个早期预警系统的可能性。
使用一个简单的模型,我们展示了,亚热带和亚寒带大西洋盐度的发展随着时间的推移可以预示着如果大西洋经向翻转环流崩溃之路,可能几十年之前任何重大削弱已经在大西洋经向翻转环流本身。
是早期的研究,但通过监测这样一个指标可以给更多的时间来准备一个大西洋经向翻转环流崩溃的后果,或采用更激进的气候变化缓解措施的大西洋经向翻转环流的到一个更稳定的途径。
突出的问题
随着世界应对挑战的会议巴黎气候协议的目标,兴趣增加气候通路暂时过度最终的目标水平。是很重要的,这样过激的不交叉任何不可逆阈值到最终目的地的路上,所以对临界点的研究需要链接理论结果这些更实际的问题。
迄今为止的大西洋经向翻转环流的临界点的造型有理想的场景中使用的淡水输入北大西洋。这是有关一些过去的大西洋经向翻转环流的变化,但未来的气候变化模型我们需要了解后会发生什么变暖和淡化发生在一起。
这是一个更有挑战性的问题,因为相关的流程和反馈的数量增加。这些过程在小尺度模型难以解决与当前的计算能力。提高关键大西洋经向翻转环流的造型过程需要耐心和长期的承诺,但最终将支付股息在大西洋经向翻转环流的预测更有信心。
大西洋经向翻转环流崩溃的早期预警研究正处于起步阶段,但可能是一个富有成果的方式应对风险。有一件事是肯定的:预警需要连续观测的大西洋经向翻转环流的关键方面。
大西洋经向翻转环流的监测在2004年进入一个新时代RAPID-MOCHA停泊工具数组,横跨大西洋的宽度在北纬26.5度,并提供持续的监控大西洋经向翻转环流。在此之前只有有5个循环分布在47年的快照。
结果已经改变了我们的了解时间的大西洋经向翻转环流的变化:例如,一个意想不到的的大西洋经向翻转环流——观察2009年秋季被认为扮演了一个角色在欧洲的冬天异常寒冷的2009 - 10和2010 - 11所示。
最近,一个类似的监控数组已经安装北部亚寒带的大西洋。随着连续测量Argo浮标漂流的温度和盐度,海洋学家现在有了一个前所未有的数据库研究气候系统的关键因素,给世界一个机会准备任何糟糕的意外。