本期嘉賓：
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研究員 胡石建
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研究員 王凡
中國(guó)科學(xué)院院士 胡敦欣
中國(guó)科學(xué)院院士 吳立新
采訪人：中國(guó)氣象報(bào)記者 吳鵬
本期觀點(diǎn)：
自20世紀(jì)90年代以來(lái)，受海表風(fēng)速加快驅(qū)動(dòng)，全球平均海洋環(huán)流存在顯著加速趨勢(shì)，平均每十年增加15%。
溫室氣體排放在驅(qū)動(dòng)全球平均海表風(fēng)場(chǎng)和全球平均海洋環(huán)流加速過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。
由于不同海域的海洋環(huán)流存在顯著區(qū)域差異，某一特定海域或者某一特定海洋環(huán)流對(duì)氣候變暖的響應(yīng)有明顯差別。
在當(dāng)前的主要?dú)夂蚰Ｊ街?，海洋環(huán)流的變化并未得到充分體現(xiàn)，需加強(qiáng)氣候模式對(duì)海洋動(dòng)力過(guò)程的模擬。
自工業(yè)革命以來(lái)，人類活動(dòng)持續(xù)排放的溫室氣體導(dǎo)致地球能量收支失衡，其中90%以上的新增熱量被海洋吸收，致使海洋持續(xù)變暖。作為地球氣候系統(tǒng)的主要“儲(chǔ)熱器”，海洋將表層長(zhǎng)期增暖的大量額外熱量轉(zhuǎn)移至中深層區(qū)域。
高緯度地區(qū)冰冷、含鹽量高的海水流向低緯度海洋，低緯度的高溫洋流則向極地方向流動(dòng)，形成全球熱量的“交換機(jī)”。如果將海洋中各種各樣的環(huán)流投射到全球平面圖上，就會(huì)發(fā)現(xiàn)海洋環(huán)流正是聯(lián)系世界大洋的“紐帶”。
大尺度海洋環(huán)流是地球物質(zhì)和能量再分配的主要方式，在調(diào)節(jié)海洋環(huán)境和氣候系統(tǒng)方面具有至關(guān)重要的作用。例如，大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流將大量的熱量向北輸送到極地和副極地地區(qū)，從而對(duì)歐洲和北美的氣候產(chǎn)生重要影響。
海洋環(huán)流加速背后的“推手”
海洋變暖后，全球海洋環(huán)流系統(tǒng)又將如何變化？研究發(fā)現(xiàn)，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，全球海洋動(dòng)能平均每十年增加15%，這表明全球平均海洋環(huán)流呈顯著加速趨勢(shì)。這種大尺度海洋動(dòng)能增加主要集中在全球熱帶海域，并且延伸至數(shù)千米的深海。
每一支海洋環(huán)流主流系的水量都與世界上所有河流流量的總和相當(dāng)，因此驅(qū)動(dòng)海洋環(huán)流加速需要巨大的能量，那么海洋是從何處獲取能量的呢？
分析結(jié)果表明，這種延伸至深海的海洋環(huán)流加速主要是由行星尺度的海表面風(fēng)加速引起的。近年來(lái)，海表風(fēng)速加快，平均每十年增加近2%。
由于風(fēng)力是驅(qū)動(dòng)海洋環(huán)流的主要?jiǎng)恿χ?，因此海表風(fēng)加速導(dǎo)致了平均海洋環(huán)流加速。
“引起風(fēng)速變化的根本原因既包括自然振蕩，也包括外強(qiáng)迫（比如人類活動(dòng)釋放的溫室氣體）。但幾乎可以肯定的是，溫室氣體的持續(xù)排放在其中扮演了非常重要的角色?！焙ㄕf(shuō)。
通過(guò)比較IPCC歷史情景下和未來(lái)溫室氣體高排放情景下（RCP8.5）的全球平均風(fēng)速發(fā)現(xiàn)，溫室氣體排放增加可導(dǎo)致全球平均風(fēng)速顯著加快，這表明溫室氣體排放在驅(qū)動(dòng)全球平均風(fēng)場(chǎng)和全球平均海洋環(huán)流加速過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。例如，在南半球，臭氧層的消耗和溫室效應(yīng)引起的升溫改變了大氣環(huán)流，將南大洋西風(fēng)向南推，導(dǎo)致南極洋流輕度增強(qiáng)和擴(kuò)散。同時(shí)，變暖的熱帶大西洋的熱量推動(dòng)了驅(qū)動(dòng)太平洋信風(fēng)的沃克環(huán)流。
根據(jù)模式預(yù)測(cè)，在RCP8.5情景下，全球平均海表風(fēng)速呈持續(xù)增強(qiáng)趨勢(shì)，這意味著海洋環(huán)流在這種高排放情景下會(huì)有持續(xù)的加速動(dòng)力。然而，環(huán)流是否持續(xù)加速，取決于環(huán)流熱輸運(yùn)的抵消效應(yīng)與氣候變暖加劇導(dǎo)致的梯度增大效應(yīng)之間的競(jìng)爭(zhēng)平衡。
并非所有海洋環(huán)流都在加速
值得注意的是，由于不同海域的海洋環(huán)流存在顯著的區(qū)域差異，某一特定海域或者某一特定海洋環(huán)流對(duì)氣候變暖的響應(yīng)具有明顯差別。例如，安格拉斯流自20世紀(jì)90年代以來(lái)并無(wú)加速趨勢(shì)。
以往大量古氣候數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在全球變暖背景下，大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（以下簡(jiǎn)稱AMOC），包括墨西哥灣流將減弱甚至停滯，進(jìn)而引起北大西洋地區(qū)急劇降溫。AMOC是大洋熱鹽環(huán)流傳送帶的重要組成部分，將北大西洋低緯度的高溫、高鹽水向北輸送至高緯度地區(qū)。
氣候模式模擬結(jié)果顯示，如果北大西洋表層水的密度因氣候變暖或鹽度下降而減小，那么經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流的強(qiáng)度將減弱。在所有氣候模式的預(yù)估中，鹽度大幅度持續(xù)下降都有可能導(dǎo)致經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流大大減弱，甚至完全中斷。這種情況在歷史上的確發(fā)生過(guò)：在19世紀(jì)中葉，寒冷的小冰河期行將結(jié)束，在北極地區(qū)周圍形成的海冰、冰蓋和冰川開(kāi)始融化，形成一股巨大的淡水流，涌入北大西洋。大量淡水的流入稀釋了表層海水，使其變得更輕，更不容易下沉至海底深處，最后導(dǎo)致大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度放慢。
“關(guān)于AMOC是否已顯著減緩目前還沒(méi)有定論?！焙ㄕf(shuō)，事實(shí)上，直接觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示AMOC并未顯著減弱，自1990年以來(lái)其強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定，研究AMOC的氣候效應(yīng)還需要更長(zhǎng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
目前，人類仍然缺乏對(duì)地球海洋環(huán)流的系統(tǒng)性連續(xù)性直接觀測(cè)。歷史上對(duì)全球海洋環(huán)流的觀測(cè)多數(shù)集中在一些特定的區(qū)域和特定的時(shí)間段，海洋環(huán)流的區(qū)域性差異導(dǎo)致難以用這些特定的觀測(cè)來(lái)監(jiān)測(cè)分析地球環(huán)流系統(tǒng)整體的變化。
海洋環(huán)流加速是好事還是壞事？
海洋環(huán)流加速后將帶來(lái)哪些變化呢？首先，海洋環(huán)流加速，意味著海洋對(duì)熱量進(jìn)行再分配的過(guò)程加速。更強(qiáng)大的熱帶洋流能把更多溫暖海水帶到高緯度地區(qū)，北極冰川的融化速度可能會(huì)因此加快。高緯度地區(qū)變暖也可能改變天氣模式，影響區(qū)域氣候。
其次，海洋環(huán)流加速有可能導(dǎo)致熱量在垂直方向上交換增強(qiáng)，更多熱量進(jìn)入深海，增加海洋深處的熱量?jī)?chǔ)存，幫助減緩陸地變暖。此外，由于二氧化碳在溫水中溶解度較低，可能會(huì)削弱海洋對(duì)大氣二氧化碳的吸收作用。
最后，海洋環(huán)流加速可能會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)、漁業(yè)資源等產(chǎn)生重要影響。有研究表明，某些魚(yú)類的產(chǎn)卵和繁殖過(guò)程可能會(huì)在環(huán)流加速的影響下發(fā)生重要變化，一些生物的食物來(lái)源也會(huì)不同程度受到影響。
既然海洋環(huán)流在調(diào)節(jié)地球氣候中發(fā)揮著重要作用，那么，其加速后對(duì)于海洋孕育而成的颶風(fēng)或臺(tái)風(fēng)會(huì)有影響嗎？
事實(shí)上，海洋環(huán)流與颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等并無(wú)顯著的直接關(guān)系，但是會(huì)通過(guò)海氣界面過(guò)程間接聯(lián)系在一起。海洋環(huán)流加速可能會(huì)引起海表溫度場(chǎng)的變化，從而對(duì)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度和路徑產(chǎn)生影響。例如，增強(qiáng)的西邊界流可能導(dǎo)致中高緯度加速增暖，從而改變臺(tái)風(fēng)/颶風(fēng)的路徑和所能到達(dá)的緯度范圍。
此外，海洋環(huán)流加速可能使海洋水文環(huán)境（比如鹽度）發(fā)生變化，進(jìn)而影響臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展過(guò)程。有研究顯示，熱帶西北太平洋上層海洋鹽度降低最終將導(dǎo)致極端臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)。
在當(dāng)前的主要?dú)夂蚰Ｊ街?，海洋環(huán)流的變化并未得到充分體現(xiàn)。“目前多數(shù)氣候模式還難以在歷史氣候模擬試驗(yàn)中再現(xiàn)海洋環(huán)流的加速趨勢(shì)，這說(shuō)明我們需要加強(qiáng)模式對(duì)海洋動(dòng)力過(guò)程的模擬。如果這部分發(fā)生較大偏差，那么最后模式得出的結(jié)果可能與實(shí)際情況大相徑庭?！焙ㄕf(shuō)。
