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《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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相关报告

  • 《重新思考过去的海洋环流，以完善未来的气候模型》
    • 来源专题：深海资源开发
    • 编译者：徐冰烨
    • 发布时间：2025-07-14
    • 桑大学领导的一项国际研究表明，北大西洋的深海流在上一个冰河时代的两个极其寒冷和经过充分研究的时期保持活跃。这些新发现挑战了长期存在的气候模型，并表明当时地球的深海系统比曾经想象的更稳定。这项研究可以帮助改善未来的气候预测。我们星球的海洋在气候调节中起着核心作用，而深海——从地表以下几百米开始——调节着地球的长期气候演化。海洋的这一部分在很大程度上与大气隔絕，只有当地表水冷却并变得如此密集，以至于可以沉入深处时，海洋才会被冲刷。这种情况发生在北大西洋和南极洲周围，因此这些深水形成区控制着大型深海储层和我们稀薄的大气层之间的热量、二氧化碳等温室气体和氧气的交换。北大西洋深水（NADW）的连续形成是全球海洋环流中的一个关键过程，可与在世界各地输送热量、盐、营养物质和二氧化碳的巨大传送带的作用相媲美。这个过程是大西洋子午线翻转环流（AMOC）的一部分，它对北半球的气候产生了重大影响。 这些主要洋流的减弱可能会大大改变大陆的生活条件，可能会使区域温度升高或降低几十摄氏度。因此，了解和建模海洋中深水的动态对于为这种变化做准备至关重要。 为了理解未来的这些转变，科学家利用过去气候非常不同，深入了解海洋和气候之间的当前和系统相互作用。在洛桑大学（UNIL），一个科学家团队研究了最后一个冰河时代——大约在2万年前达到顶峰——并追溯了地球的深海洋流。他们的结果已经发表在《自然地球科学》上。 他们表明，与之前的想法相反，深海水的流动路径在此期间保持相对稳定，极端寒冷和大量冰层覆盖。这一发现挑战了早期的假设，即海洋环流在历史的这个时刻发生了巨大变化。 研究结果表明，在冰川条件下，深水形成比之前假设的更持久。“然而，我们必须小心，不要简单地与当前情况进行比较。这篇文章的第一作者、洛桑大学地球科学与环境学院以及GEOMAR亥姆霍兹基尔海洋研究中心（德国）研究员Patrick Blaser解释说：“我们今天看到的由人类活动引起的变暖确实要快得多，冰块比2万年前小得多。”“这项研究表明，我们仍然没有完全了解冰河时代海洋和气候系统之间的相互作用。因此，用于此类古重建的地球系统模型存在重大缺陷。” 研究人员主张在这一突破的基础上开展新研究，以更好地了解过去的气候机制，并纠正未来的气候预测。“如果我们要正确理解过去、现在和未来的自然现象，并应对未来的挑战，这项工作是必不可少的。” 为了重建两万年前的洋流，研究人员结合了海洋沉积物的五个不同指标，包括钕、氧和碳的同位素比，以及放射性碳和微生物外壳中的化学成分。他们的方法可以与交叉参考几个证词来观察同一场景进行比较。这种多代理分析使得有可能以比以前更高的信心和细节重建水团的起源及其循环（尽管它们移动的速度更难限制）。这导致作者质疑北大西洋的海洋环流在上一个冰河时代突然停止的想法。
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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）
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