大西洋经向翻转环流的结构稳定性，21世纪崩溃？

大西洋经向翻转环流及其重要性

大西洋经向翻转环流是大西洋的主要洋流系统，由大西洋上层向北流动的暖水和向南回流的冷咸深水组成，受天气、温度和盐度变化等驱动。由于热带地区的蒸发率较高，南方的暖水含盐量更高，暖盐水形成海洋的上层，当这上层暖盐水冷却下来时，咸水的密度会增加，使其沉入深海。

目前，大西洋经向翻转环流相比工业革命之前更弱，为什么会减弱呢？主要是由于气候变化会增加海洋温度，海冰融化又降低海洋盐度，削弱了大西洋经向翻转环流，气候模型预测西洋经向翻转环流在21世纪将进一步减弱。

在2023发表在《Nature》上的一项研究表示，由于气候变暖加快和海冰融化淡水输入，在目前的排放量下，大西洋经向翻转环流将在21世纪中叶左右崩溃。崩溃后没有大西洋经向翻转环流的热量输送，会导致欧洲大幅降温等问题，这种崩溃很难逆转，因此是气候系统的临界点之一。

观测数据和模型下的大西洋经向翻转环流结构变化

德国不来梅港阿尔弗雷德·韦格纳极地与海洋研究所通过对比观测数据和模型模拟结果，分析了大西洋经向翻转环流动力学变化。

研究指出，大西洋经向翻转环流早在1854年之前已经经历了霍普夫分岔，进入了一种“双稳态”模式，可以在强和弱两种状态之间切换，这意味着大西洋经向翻转环流在历史上已经表现出在两个稳定状态之间切换的能力。但稍微有点外力就可能让它倾斜，在1960~1970年，北极的淡水大量涌入北大西洋，导致海洋盐度降低异常，这一事件可能让大西洋经向翻转环流经历了一次“速率诱导的倾覆”，导致它迅速减弱。

通过进一步分析海表盐度和大西洋经向翻转环流模型数据，21世纪的大气CO2浓度和淡水注入是20世纪前所未有的，这2个因素叠加导致大西洋经向翻转环流在1970年的诱导倾覆下将达到历史最低强度，在这种潜在条件下，不排除在几十年的时间范围内，由于温度、盐度等影响导致大西洋经向翻转环流崩溃。

图：研究推断的观察期内大西洋经向翻转环流结构稳定性变化的示意图

这些变化是1854年以前的霍普夫分岔，双稳态的体现，1970年左右的R倾斜以及2023年AMOC状态属于弱态吸引子

极端条件下大西洋经向翻转环流的相应

目前的研究，对大西洋经向翻转环流未来的预测存在广泛的差异，有些研究说本世纪不可能出现崩溃，有研究又说本世纪可能出现崩溃。为了分析在极端条件下，如极端的温室气体排放，极端的淡水注入强迫等，对大西洋经向翻转环流到底有什么影响。

英国埃克塞特气象局的研究团队通过分析34个CMIP6气候模型在极端温室气体和北大西洋淡水强迫下的响应，揭示了它的稳定性机制。在所有模型中，大西洋经向翻转环流在极端强迫下会减弱，减弱幅度在20%~81%，但并未完全崩溃。

研究中一个非常关键的发现在于揭示了南大洋上升流在维持大西洋经向翻转环流中的关键作用。在超过90%的模型中都出现了太平洋经向翻转环流，其平均强度为4.9Sv，会影响大西洋经向翻转环流的稳定性，但在极端条件下，南大洋的上升流路径为大西洋经向翻转环流的主要上升流路径，而太平洋经向翻转环流的强度又不足以平衡所有南大洋的上升流，这维持了大西洋经向翻转环流的稳定性。

研究表明，大西洋经向翻转环流在极端强迫下会减弱，太平洋经向翻转环流的出现对大西洋经向翻转环流的减弱也有一定影响，但在21世纪并不太可能出现崩溃。这解决了过去关于AMOC崩溃风险的争议。

图：大西洋经向翻转环流（AMOC）上升流路径示意图及分析方法

a、b 、来自 CMCC-ESM2 工业化前控制模拟的斯维尔德鲁普斯 (Sv(106m3s −  1 ) ，等高线间隔为 2Sv) 的经向翻转流函数，突出显示了分离 AMOC 上升流路径的方法。显示了 34.5°S 以北的大西洋 ( a ) 和印度洋-太平洋 ( b ) 海洋（用垂直虚线表示）以及南大洋 (SO) 内部的流函数。0-Sv 流线用黑实线标记，b中 34.5°S 处的垂直绿线表示在突出显示的深度上从印度洋-太平洋到南大洋的净体积输送。彩色圆圈突出显示了这些位置的经向翻转环流强度。术语 IndoPac_ResidualUp 是通过重新排列面板下方显示的方程而计算出的残差。c、d、AMOC 上升流路径示意图（c）以及极端温室气体或北大西洋淡水强迫情景（d）。图中勾勒出了输送路径，水团密度的增加通过从黄色到深绿色的颜色渐变来表示。

大西洋经向翻转环流是全球气候系统的“心脏”，它的稳定与否关系到我们每个人的生活，虽然科学家们已经发现了它正在变弱的迹象，但我们仍然有机会通过行动来减缓这一过程。保护地球，就是保护我们自己！

参考文献：

Mihai Dima, Gerrit Lohmann, Denis-Răducu Nichita, Gregor Knorr & Patrick Scholz ，Structural stability changes of the Atlantic Meridional Overturning Circulation. npj Climate and Atmospheric Science volume 8, Article number: 73 (2025) ，doi：10.1038/s41612-025-00960-x

J. A. Baker, M. J. Bell, L. C. Jackson, G. K. Vallis, A. J. Watson & R. A. Wood，Continued Atlantic overturning circulation even under climate extremes. Nature volume 638, pages987–994 (2025)，doi.10.1038/s41586-024-08544-0