《PNAS:深入了解海气交换作用改善了全球气候模型》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2023-04-03
  • 公海湍流和寒冷的高纬度地区破浪带来的气泡注入,是大气进入海洋的一种被低估的输送方式。高纬度地区海气体交换机理对于预测氧气和二氧化碳等关键气体海洋库存变化的气候模型非常重要。
    近期发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上的一项由WHOI领导的新研究“北大西洋深处的溶解气体追踪海洋通风过程”,将新的地球化学示踪剂和海洋循环模型结合起来,研究大气气体进入深海的物理学过程。研究在百慕大大西洋BATS站点(北纬31°40,西经64°10),重复巡航收集了1988年以来海洋表层水到深层水的月度数据,使用了新技术精确测量了北大西洋4.5公里深处海水样本中的惰性气体同位素。惰性气体通过海面与大气交换后,可以稳定存在于海水中。因此,百慕大海岸北大西洋深处的溶解惰性气体同位素可以揭示特殊地区气体交换物理学过程。
    论文的主要作者Alan Seltzer表示,新发现表明高纬度海洋中气泡的溶解可能是惰性气体、氧气和氮气进入深海的主要途径。这项研究对理解气体进入海洋的基本物理学迈出了新的一步。海洋吸收和释放气体过程,是气候变化反应预测极具挑战且重要的一步。二氧化碳和其他温室气体在深海(约占海洋总体积的75%)和大气之间的交换发生在高纬度地区的冬季,特别是在风暴事件中。对北大西洋深处惰性气体浓度的测量记录了在大风暴事件中形成的大气泡的重要性,大大增加了我们对深水气体交换率的理解。这提高了人们量化二氧化碳和温室气体在海气之间交换的能力,并预测气候对它们在大气中的浓度变化的响应,这对于制定缓解全球变暖的政策至关重要。(於维樱 编译)

  • 原文来源:https://www.whoi.edu/press-room/news-release/a-better-understanding-of-gas-exchange-can-improve-global-climate-models/
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  • 《Geophysical Research Letters:关于气候变化的新研究将改善天气模型》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2023-01-04
    • 近期,来自英国国家海洋学中心(National Oceanography Centre,NOC)的顶尖科学家们研究发现,大西洋经向翻转环流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC)并没有像科学家先前分析的那样显示出可探测到的衰退—AMOC的衰退将导致北美和欧洲极端天气和气候的减弱。研究结果发表在《Geophysical Research Letters》上。该项研究发现格陵兰岛东部伊尔明格尔海的海洋密度解释了AMOC强度的大部分变化—AMOC是一个包括墨西哥湾流在内的洋流系统。事实上,新的数据表明,没有证据表明在过去的70年里,AMOC正在经历可探测到的洋流强度的下降。 NOC的科学家们研究了格陵兰岛和苏格兰之间的亚极地北大西洋(Subpolar North Atlantic,SPNA)海区,这是一个对AMOC系统健康至关重要的区域。在这里,从亚热带携带热量的暖流变得更冷、密度更大,这一过程对AMOC洋流系统的强度产生了强烈的影响。以前的研究认为,AMOC正在减弱,可能是由于极地冰雪融化带来的淡水增加;如果AMOC和墨西哥湾流衰退,可能会对美国和欧洲的气候造成灾难性的影响。 这些发现凸显了大西洋洋流对欧洲天气的重大影响。NOC海洋物理学和海洋气候小组负责人Penny Holliday教授指出,墨西哥湾流和急流都会影响天气,但方式不同。墨西哥湾暖流将温暖的海水带到西欧,使得欧洲的气温比加拿大同纬度地区的温度更高,并影响了整体气候。急流更直接地导致天气的短期变化。但是,包括墨西哥湾流在内的洋流变化反过来会迫使急流在英国上空带来潮湿和多风的天气,或者给英国北部带来平静和稳定的天气。 这个过程与AMOC的强度直接相关。在大西洋中,因为蒸发的影响,向北流动的海水含盐量很高。海水在被输送到北方的过程中逐渐冷却,由于较低的温度和较高的含盐量使海水密度更大、重量更重,它沉入海洋深处。下沉的海水导致更多的水被输送到北方,形成稳定的洋流。下沉的海水量决定了表层海流的一致性和强度。 Holliday教授补充道,通过这项研究,科学家们试图了解AMOC的物理原理,以提高对气候预测的信心,从而帮助评估评估哪些海洋模型运行良好,哪些模型需要改进。更重要的是,研究发现包括墨西哥湾流在内的AMOC系统还没有变得不稳定,也没有达到可以破坏世界各地气候的临界点。这项研究表明,格陵兰岛和苏格兰之间的地区对气候预测非常重要,而且发生在次极地环流中心的过程是至关重要的,而不是像以前认为的那样发生在周围的洋流中。该研究首次展示了环流内水的温度和盐度与大洋流强度之间的关系。 科学家们将利用这一发现来开发气候模型。先前的发现降低了气候预测的可信度,因为在许多气候模型中,决定洋流强度的关键过程是由格陵兰岛和加拿大之间的地区决定的,而事实上,这一过程发生在格陵兰岛和苏格兰之间。 Holliday强调,没有理由表明AMOC将全面衰退。虽然有证据表明近几十年来该系统在SPNA中放缓,但没有迹象表明两者在更长的时间尺度上的相关性。因此科学家们相信,这一研究将提供一个更准确的气候预测时间表,以及改善季节性天气预报。(刁何煜 编译)
  • 《WHOI-NOAA共同开展气候模型的机器学习工具开发》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2020-10-29
    • 美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)最近获得了国家海洋和大气管理局(NOAA)气候观测和监测(COM)项目50万美元的资助,用于开发机器学习工具,以改善对北冰洋和邻近海域海空热交换的预测能力。这些工具将有望填补气候模型在模拟极地冰融化速度方面的空白。 遥感技术的最新进展为研究人员提供了他们所需的数据,以便更好地了解北极冰层融化背后的力量以及海洋与大气之间的热交换的影响。这些实际测量将允许研究人员开发机器学习算法,以验证和改进北极和亚北极地区的卫星建模。 WHOI高级科学家、该项目首席研究员Lisan Yu表示,基于机器学习的框架将提高用于模拟全球气候的海洋表面、冰雪和天气预报的准确性。“北极表面的气温上升速度是世界其他地区的两倍,海冰的退却速度比气候模型模拟预测的快三倍。模型中对北极海冰损失的低估揭示了关于大气、极地海洋和冰覆盖区域之间相互作用的知识方面的重大差距。我们的项目将所有可用的观测结果汇集在一起,以帮助模型做出准确的预测,这对制定有效的气候变化对策至关重要,”Lisan Yu说。 利用伊明格海海洋观测站倡议(OOI)表面浮标、帆布式无人机和卫星上的传感器组合提供的长期、详细的数据,研究人员改进了对高纬度地区海洋和大气之间热交换的模型。 NOAA气候项目办公室COM项目经理Virginia Selz说:“鉴于北极观测数据极为有限,我们需要从中提取尽可能多的信息,以提高NOAA的建模能力。Yu的工作将利用美国在长期原地观测和卫星观测方面的支持,并利用创新的人工智能方法,帮助建模者更好地模拟瞬息万变的北极。该项目在生成增值算法和数据集以改善气候建模方面进一步推进了COM项目工作进展。” 该项目还作为政府机构和实验室、非营利研究机构和私营企业之间的伙伴关系模式,共同应对北冰洋的快速变化。项目合作者包括联合首席研究员Bob Weller等以及NOAA太平洋海洋环境实验室、国家环境预测中心和地球系统研究实验室的研究人员。 (刘雪雁 编译)