海洋中環繞大陸的巨大洋流可被視為地球的循環系統,每一支洋流的水量相當於世界上所有河流流量的總和。同時,這些環流似乎開始加速:近25年來,洋流一直在快速加速,部分原因是全球變暖。
據《科學》報導,2月5日發表於《科學進展》的一篇論文提出了這一結論。結合模型的觀測結果,從1990年到2013年,海洋洋流能量每10年增加15%。美國伍茲霍爾海洋研究所海洋學家Susan Wijffels說,這將促進大量其他方面的工作,如果加速是事實,它可能會影響噴流、天氣模式和海洋深處貯存的熱能數量。
海洋學家曾懷疑氣候變暖正在影響海洋洋流,但迄今為止,觀測結果還沒有顯示出這種趨勢。中國科學院海洋研究所研究員、論文主要作者胡石建認為,只有全球圖景才能揭示總體趨勢。
然而,目前還沒有對世界各地洋流進行持續、直接測量的方法。胡石建研究組轉而將對海洋和大氣的觀測與計算機模型結合進行重分析,以形成一幅全球圖景。但這種方法很難在數十年的時間跨度中使用,觀測值變化(比如新衛星的投入使用)會導致未知的偏差。因此,該研究組結合了5種不同的洋流重分析方法,以期揭示真正的趨勢。在每一種方法中他們都逐月提取海洋的動能(忽略渦流和風暴的擾動),結果均顯示,自1990年前後以來,其有明顯增長。
這是真的嗎?Argo陣列—— 一個分布於全球的近4000個機器人浮標網絡獲得的數據提供了最好的檢測。在過去15年中,這些漂浮物一直在海洋下2000米左右浮動,測量溫度和鹽度。數據顯示了風在何處造成水堆積,形成壓力差,從而推動大規模的水流動。將這些數據與漂浮物自身軌跡結合起來,研究人員可以重建整體的洋流和速度。
這組數據由西雅圖華盛頓大學海洋學家Alison Gray編制,涵蓋了2005年至2010年的6年時間。胡石建發現,相比再分析模型,這組數據揭示了更清晰的全球洋流加速。未參與該研究的英國國家海洋學中心海洋學家 Eleanor Frajka-Williams說,「Argo數據中的證據絕對令人驚訝。」
Gray對加速的幅度感到震驚。但她指出,驅動大多數洋流的海風在過去30年中一直穩步增加。胡石建說,有充分的證據表明人類活動對這種增強作出了貢獻。例如在南半球,臭氧層的消耗和溫室效應引起的升溫改變了大氣環流,將南大洋西風向南推,或導致了南極洋流輕度增強和擴散。同時,變暖的熱帶大西洋熱量推動了驅動太平洋信風的沃克環流。
阿爾弗雷德·韋格納研究所氣候科學家Gerrit Lohmann認為,儘管如此,還是不能排除自然波動的可能性。過去幾十年裡,北美西部的長期降溫導致太平洋的風加速,這種降溫可能反映了海洋的自然振蕩。
洋流加速可能產生全球性影響。比如,更強大的熱帶洋流能把更多溫暖海水帶到高緯度地區,因為CO2在溫水中溶解度較低,這可能會減緩海洋對大氣CO2的吸收。高緯度地帶變暖也可能改變天氣模式。同時,胡石建補充說,這種加速達到海洋深處,可能會增加海洋深處的熱量儲存,幫助減緩陸地變暖。「這是第一次全球性研究,有很多不確定性。」研究合作者、斯克裡普斯海洋研究所海洋學家Janet Sprintall說。
最有力的證明可能來自今年晚些時候發布的Argo最新數據。Wijffels說,可能還需要10年的觀察才能確定這一趨勢真實存在且受全球變暖驅動,「這篇論文確實突顯了我們在判斷正在發生的事情上準備不足」。