研究人员创建了一个详细的物理模型，表明在气候变化下，主要的亚特兰蒂克洋洋流的减弱程度将远低于更极端气候模型预测的情况。
大西洋经向翻转洋流，通常称为“AMOC”，是一个局限于大西洋盆地的海洋洋流系统，在通过将热量从南半球运输到北半球来调节地球气候中发挥着关键作用。AMOC还调节区域天气，从欧洲的温和夏季到非洲和印度的季风季节。气候模型长期以来预测全球变暖将导致AMOC减弱，一些模型预测减弱程度相当于今天AMOC强度的近乎崩溃。这种减弱将带来深远的后果，包括区域海平面上升的变化以及区域气候的重大变化，例如北欧的寒冷天气以及亚马逊和西非部分地区的干燥天气。
然而，加州理工学院的一项新研究发现，尽管AMOC将在全球变暖下减弱，但预计减弱程度会远低于当前预测所暗示的。研究团队基于海洋环流的基本原理（尤其是密度差异与AMOC深度之间的关系）开发了一个简化的物理模型，同时结合了通过监测阵列和其他观测约束产品在过去20年中收集的洋流强度的真实世界测量数据。研究人员发现，到21世纪末，AMOC将减弱约18%至43%。尽管这确实代表了一定程度的减弱，但这种减弱并不像更极端气候模型预测的那样显著。这一新认识显著缩小了未来AMOC减弱的范围，解决了气候科学中的长期不确定性。
该研究的成果发表于《自然地球科学》杂志。研究在Tapio Schneider实验室进行，Schneider是环境科学与工程的西奥多·Y·吴教授；安德鲁·汤普森是环境科学与工程的约翰·S·和雪莉·陈教授，全球环境科学的罗纳德·和玛克辛·林德中心主任，以及环境科学与工程的执行官。
古气候记录，如记录过去气候条件的海洋沉积物，表明AMOC在过去经历过减弱，例如在最后冰期最大期（约两万年前），导致北美和欧洲的气候出现重大波动。现代气候模型在21世纪AMOC减弱的预测中显示出广泛的变异性：一些预测AMOC将大幅减弱，而另一些只预测少量的减弱。这项由前研究生戴夫·博南（博士’25）主导的新研究旨在更好地理解气候模型中AMOC行为的物理机制，目标是调和这些差异。
这项研究揭示了气候模型中的一个长期且尚未解释的特征：现在和未来AMOC强度之间的联系。模拟现在AMOC强度更强的气候模型往往预测在气候变化下会出现更大的减弱。研究人员发现，这种关系源于AMOC的深度。更强的AMOC通常延伸至更深的水层，使得由于全球变暖和淡水输入引起的表层水温和盐度特性的变化能够更深地进入海洋，并驱动更大的减弱。换句话说，具有更强和更深AMOC的气候模型对表层变化的抵抗力较弱，体验到的AMOC减弱相对比例大于具有更浅洋流的模型。具有较浅的现在AMOC的气候模型在气候变化下仍显示出减弱，但程度低于那些具有较深现在AMOC的模型。
这项新研究利用这一理解通过构建一个简化的物理模型并结合真实世界的海洋流强度测量数据来限制未来AMOC的预测。研究结果表明，即使在最高排放情境下，AMOC也仅会经历有限的减弱。研究还表明，以前的许多不确定性以及一些更极端的AMOC减弱预测源于气候模型模拟海洋当前状态时的偏差，特别是其密度分层。
“我们的结果暗示，AMOC在21世纪更可能经历有限的下降，而非大幅下降——仍然会有一些减弱，但不如之前的预测所暗示的那么剧烈，”博南说。
博南强调需要检查分辨率更高的气候模型，并且这些模型还应该包括更复杂的过程。高分辨率模型可能提供更深入的AMOC行为洞察，改善对其未来变化的预测。该研究为质疑和评估更复杂的模型提供了框架。
在加州理工学院进行这项研究期间，博南得到了国家科学基金会研究生研究奖学金计划（NSF-GRFP）的资助。
“NSF-GRFP让我有机会进行探索和实验，”他说。“基础研究具有巨大的价值——它可以更好地指示未来可能的情况，正如我们的研究所示。”
该论文题为《观察约束意味着未来大西洋经向翻转洋流减弱有限》。除了博南、施耐德和汤普森，合著者还包括纽约大学的劳尔·赞纳、华盛顿大学的凯尔·阿莫尔和中国青岛的胶山实验室的尚冬·孙。资助来自NSF、大卫和露西尔·帕卡德基金会和施密特科学公司。
