《研究发现北太平洋淡水事件与冰川海洋环流的变化有关》

  • 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: mall
  • 发布时间:2018-08-09
  • 过去5万年中最寒冷的时期,北部高纬度地区的背景降温增强,阻止了北部东北部的太平洋地下变暖,因而增加了Cordilleran冰盖的淡水排放。结果表明,非线性的海洋-大气背景相互作用在冰川期的北大西洋和北太平洋的淡水排放响应中起着复杂的作用。

    在最后一个冰川期(大约115000至12000年前),北美大陆的大部分地区被北美冰盖复合体覆盖,其中包括位于中部和东部的Laurentide冰盖(简称LIS),以及较小的Cordilleran的冰盖(简称CIS)。LIS是Heinrich Stadials(Heinrich是一种自然现象,冰川上的大型冰山断裂,穿越北大西洋)期间进入北大西洋的主要淡水排放事件的来源之一。有学者提出,大西洋经向翻转环流(简称AMOC)的减弱也影响了北太平洋的环流。由于淡水是海洋分层的主要调节因子,因此北太平洋淡水通量历史的重建有助于阐明北太平洋气候的演变。然而,到目前为止,古气候重建已显示出与CIS的淡水通量相关的相互矛盾的结果。在Heinrich Stadials期间,在北太平洋东北部的一些沿海地区观测到大量的冰筏碎片(简称IRD)沉积物,表明融化冰山的淡水输入。CIS淡水事件与Heinrich Stadials的时间紧密关系表明北大西洋和北太平洋之间融水事件的潜在动态联系。

    研究证据表明,大量淡水进入海洋的剧烈沉积强烈影响了冰期的全球海洋环流和气候变化。在北大西洋地区,大量淡水排放到北大西洋的事件与称为Heinrich Stadials的明显寒冷时期有关。相比之下,北太平洋地区的淡水历史仍然不明朗,引发了关于北太平洋和北大西洋之间气候联系的存在和可能的重要性的持续争论。在这里,我们发现在Heinrich Stadials期间北大西洋环流的变化与Cordilleran冰盖向北太平洋东北部注入淡水之间存在着密切的联系。我们在过去的5万年中的硅藻O18记录显示表面海水O18降低了2到3‰,相当于盐度下降了大约2到4个PSU。与此同时,北太平洋东北部冰雹碎片的增加沉积和海面的轻微冷却发生在Heinrich Stadials 1和4期间,但不是在Heinrich Stadial 3期间。此外,同位素模型的结果表明,在Heinrich Stadials期间赤道太平洋东部变暖对于将北大西洋信号传输到北太平洋东北部至关重要。相关的次表层变暖在Heinrich Stadials 1和4期间,变暖导致了Cordilleran冰盖的明显淡水排放。

    通过比较数据模型,发现在过去5万年的北大西洋寒冷天气期间,AMOC的扰动可以与北太平洋东北部地区遥相关,通过低纬度和高纬度地区之间和海洋和大气之间的相互作用引发淡水排放事件。到目前为止,北太平洋淡水输入事件尚未被视为冰川气候模拟中的标准强迫成分;加入这种淡水强迫情景为研究提供了新的基础,可以协调代理数据中有关北太平洋海洋环流对AMOC变化的反应的差异。根据LGM边界条件的北太平洋软管试验,仅仅北太平洋融水排放导致北大西洋的次表层冷却,不太可能触发北大西洋冰雹事件以及相关的AMOC变化。鉴于冰川融水事件与冰盖动力学密切相关,因此非常需要将交互式冰盖动力学与北太平洋东北部开放的高分辨率代理记录相结合的气候模型,以进一步评估北大西洋之间和北太平洋之间的动态联系,以及北太平洋的局部反馈情况。

    (傅圆圆 编译)

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0276-y
相关报告
  • 《流入北太平洋的淡水对北美的气候起着关键作用》

    • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
    • 编译者:张灿影
    • 发布时间:2020-03-09
    • 本研究作者收集了东北太平洋地区的数据并分析了记录。他们还研究了全球科学家收集的几十年数据的总和。研究人员利用计算机建模,预测了10000~20000年前冰消期洪水的快速运动,显示出淡水从哥伦比亚河沿着海岸线向北流入阿拉斯加湾、横穿白令海峡和日本,最终向北流入白令海和北冰洋。淡水的密度比盐水小,像毯子一样坐在盐水上面,慢慢地和盐水混合。水层可以改变热量在海洋中的运动方式,从而导致气候不那么温和。哥伦比亚河沿着太平洋副热带地区向南和副极地地区向北的分界线流动。虽然洪水期流出的一些淡水向南流去并消散,但更多的淡水向北流去,像一条沿着海岸线的河流。模型结果显示,来自哥伦比亚河的水可以影响北太平洋的大部分地区,甚至可能渗透到北冰洋和大西洋。来自俄勒冈州的海洋地质学家们利用在洪水中存活的化石外壳上留下的化学“指纹”来追踪洪水的影响。2004年,研究者Mix带领一支探险队沿着洪水的路径收集泥沙芯,这些岩芯帮助了解洪水冲击的整个过程。研究人员利用来自贝壳和模型的数据,展示了1000多年来重复洪水如何冷却海洋,进而影响整个北美的气候。研究发现,流入北太平洋的淡水可以产生深远的影响,从而改变海洋温度,并在北美地区控制风向和风暴路径。在北太平洋发生的事情不会停留在北太平洋,而是会引起广泛而深远的变化。了解北太平洋的环流模式,可以让研究人员能够洞察随着地球变暖,更多的温水流入北太平洋可能发生的情况。研究者预计,未来北太平洋的河流流量会下降,水温会升高,这与上一个冰河世纪末的情况正好相反。但过去的情况仍然很丰富,因为它告诉我们北太平洋的环流系统是如何运作的。 相关论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaay2915 (郭亚茹 编译;於维樱 审校)
  • 《中国科学院海洋研究所在晚上新世北太平洋副热带环流演化研究中取得新进展》

    • 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:熊萍
    • 发布时间:2025-07-31
    • 近日,中国科学院海洋研究所古海洋与古环境研究组在国际地学期刊Global and Planetary Change(《全球和行星变化》)发表了题为“Enhanced and southward North Pacific subtropical gyre circulation following the intensification of Northern Hemisphere Glaciation”的研究论文。该研究系统重建了中纬度西北太平洋黑潮主流区在晚上新世北极冰盖发展过程中的表层水文环境演化历史,揭示了北太平洋副热带环流对北半球冰川作用加强的响应过程。 北太平洋副热带环流(NPSG)按顺时针方向由北赤道流(NEC)、黑潮(KC)、北太平洋流(NPC)和加利福尼亚流(CC)组成,该环流的一部分在东北太平洋分裂为向北流动的阿拉斯加流(AC)。NPSG通过输送低纬西太平洋的热量到中高纬地区实现热量和水分的再分配,在北太平洋乃至全球的气候调节中发挥着至关重要的作用。现代物理观测和模拟研究表明,随着温室气体增加和全球气候变暖,NPSG在过去半个世纪中发生了明显的增强和向极移动。然而,由于观测时间相对较短,目前难以准确评估超过年代际时间尺度的环流系统的整体变化,NPSG在地质历史中关键气候转变期的长时间尺度变化研究正好弥补了这一不足。上新世晚期(约3.6至2.58百万年)是新生代以来全球气候由相对温暖的早上新世向明显变冷的早更新世过渡的关键时期,其间北半球冰川作用(NHG)自约3.6百万年前开启,并在约2.7百万年前进一步加强(iNHG),北极冰盖也在此时最终形成。因此,对这一时期NPSG的研究可以为预测未来全球变暖情景下NPSG的变化提供重要参考。 研究团队利用深海钻探计划(DSDP)第31航次在西北菲律宾海九州-帕劳海脊上获取的296孔岩心沉积物,基于生物地层事件和底栖有孔虫氧同位素建立的年龄框架,结合浮游有孔虫壳体的氧同位素组成(δ1?O)和Mg/Ca比值重建了距今3.8至1.8百万年间中纬度西北太平洋黑潮主流区的表层海水温度(SST)与表层海水盐度(SSS)的演化序列,并结合黑潮延伸流、加利福尼亚流和阿拉斯加流区域现有的古记录,系统地研究了NPSG在约2.7百万年iNHG前后的变化。 研究发现,2.7百万年后,随着晚上新世北半球冰川作用的加强,296站位的 SST 和 SSS 表现出与全球变冷气候截然相反的明显升高,表明黑潮的进一步加强,导致更多的暖咸水涌入中纬度西北太平洋。同时,加利福尼亚流和阿拉斯加流区域的表层海温在2.7百万年后也同步升高,暗示了加利福尼亚流和阿拉斯加流与黑潮相似,在iNHG之后都明显增强。北太平洋这三个边界流的一致加强揭示了NPSG在iNHG后经历了整体增强。然而,黑潮延伸体和加利福尼亚流北部边缘区域的表层水温却表现为显著的持续变冷趋势,这指示着NPSG不仅强度增强,其北缘也发生了明显的南移,进而使这两个区域在此时受高纬地区寒冷淡水的控制。通过对晚上新世赤道太平洋的气候模式和北太平洋多个区域的海洋-大气环流变化的分析,研究进一步指出,在iNHG后,赤道太平洋由iNHG前的类厄尔尼诺态转变为类拉尼娜态,类拉尼娜态下沃克环流增强,结合同时加强的中纬度纬向大气环流和西风带,共同驱动了NPSG的增强。在经向上,随着约2.7百万年北半球冰川作用的加强,北太平洋大气环流也经历了由哈德莱环流主导转向哈德莱环流减弱-费雷尔环流增强的格局调整,进而驱动了NPSG北缘的向南移动。 本研究阐明了海洋环流在大气环流调控下响应气候转型的机制过程,为理解现代气候变化背景下NPSG可能的响应趋势提供了地质证据支持。结果预示在未来气候不断变暖的情况下,北太平洋副热带环流可能会减弱并持续向高纬移动。 中国科学院海洋研究所博士研究生唐璐瑶为论文第一作者,中国科学院海洋研究所常凤鸣研究员、自然资源部第一海洋研究所李铁刚研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项的联合资助。 论文信息: Luyao Tang, Fengming Chang*, Jia Wang, Fang Qian, Junru Zhang, Tiegang Li*, 2025. Enhanced and southward North Pacific subtropical gyre circulation following the intensification of Northern Hemisphere Glaciation. Global and Planetary Change, 253, 104953. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104953.