亚洲气溶胶的增加如何减缓大西洋经向翻转环流

大西洋经向翻转环流(AMOC)是地球气候系统的关键组成部分，推动热带地区和北大西洋之间的热量转移。包括墨西哥湾流在内的该环流通过将热带地区的暖水分配到北纬地区并将两极的冷水分配回赤道来调节气候。大西洋经向翻转环流的稳定性对于维持全球气候至关重要，影响天气模式、海洋生态系统和区域气候，尤其是在欧洲和北美。然而，最近的研究表明大西洋经向翻转环流正在减弱，这一转变对全球气候系统具有深远影响。

导致大西洋经向翻转环流变化的一个重要但之前被忽视的驱动因素是来自亚洲的气溶胶增加。这些气溶胶主要来自工业活动、交通运输和生物质燃烧，已被证明会导致大气辐射冷却，间接影响洋流。新研究强调了亚洲气溶胶增加与大西洋经向翻转环流减缓之间的密切联系，从而更深入地了解了人类活动影响全球气候模式的复杂方式。

大西洋经向翻转环流

大西洋经向翻转环流是一个大型洋流系统，在调节地球气候方面发挥着关键作用。该系统由水密度差异驱动，而水密度差异又受温度和盐度的影响。墨西哥湾流中温暖的咸水从赤道向北移动，在那里冷却并沉入北大西洋。然后，这些寒冷、密集的水向南流动，完成整个环流。大西洋经向翻转环流对于海洋中的热量分布、碳封存和养分循环非常重要。

最近的观测表明，自20世纪90年代中期以来，大西洋经向翻转环流一直在减弱，一些模型预测，在未来的气候变化情景下，大西洋经向翻转环流可能会崩溃。大西洋经向翻转环流的减弱将带来灾难性的后果，包括美国东海岸海平面大幅上升、季风模式发生变化以及区域气候急剧变化。

人们认为，导致大西洋经向翻转环流减弱的主要机制与大西洋的温度和盐度梯度有关。特别是，北极冰盖融化带来的淡水输入降低了地表水的盐度，使得海水更难下沉并推动环流。此外，风向和海洋分层的变化会加剧这种影响。然而，最近的一项发现指出了气溶胶在改变这些动态方面的作用。

亚洲气溶胶与大西洋经向翻转环流之间联系的证据

气溶胶是悬浮在大气中的微小颗粒，其来源既有自然来源，也有人为来源。在亚洲，人为气溶胶主要来自工业排放、汽车尾气和生物质燃烧。这些气溶胶（尤其是硫酸盐气溶胶）会反射阳光，并通过减少到达地球表面的太阳辐射量对大气产生冷却作用。这种现象被称为“辐射冷却”。

越来越多的观测数据和气候模型模拟支持亚洲气溶胶增加与大西洋经向翻转环流减缓之间的联系。研究人员使用集合气候模拟证明亚洲气溶胶引起的辐射冷却是AMOC减弱的重要因素，他们的模型表明，气溶胶引起的冷却对大西洋经向翻转环流的影响与北极冰融化导致的淡水流入增加相当。

除了气候模型外，观测数据还显示墨西哥湾流强度减弱，北大西洋深层水减弱，这两者都是AMOC的关键组成部分。这些变化与气溶胶引起的大气冷却和急流变化的预期模式一致。

一个关键证据是观察到的西风急流的转变。随着过去几十年亚洲气溶胶的冷却效应增​​强，西风急流向南移动，导致观察到的AMOC强度降低。这种转变与大西洋经向和太平洋经向翻转环流的变化有关。

虽然最近的研究充分证明了亚洲气溶胶与AMOC减弱之间的联系，但认识到这种关系的复杂性很重要。其他因素，如北极海冰的持续融化和全球变暖导致的风向变化，也在AMOC减弱中发挥着重要作用。因此，将气溶胶的具体贡献与其他因素区分开来仍然是气候科学家的一项艰巨任务。

新的研究发现

一项开创性研究提供了令人信服的证据，表明过去几十年来亚洲气溶胶的增加是导致AMOC减缓的主要因素。研究表明，气溶胶对亚洲大气有冷却作用，进而影响大气压力系统和风向。这些变化导致西风急流位置发生变化，从而直接影响海洋环流模式。

研究人员利用长期观测数据来追踪AMOC和气溶胶浓度的变化。这些数据集使他们能够识别数十年来的趋势，重点关注20世纪90年代以来亚洲气溶胶排放量显著增加的时期。

研究发现，洲人为气溶胶排放量增加对大气产生了冷却效应。这种冷却导致大气压力系统和风向发生变化，进而扰乱海洋环流，削弱AMOC。

尽管远离大西洋，但来自亚洲的气溶胶会影响AMOC的强度。这些气溶胶的冷却效应使西风急流向赤道方向移动，从而改变大西洋上的风向。这种转变可能会削弱向北流动的暖水，并降低AMOC 的强度。

该研究还强调，自20世纪90年代中期以来，AMOC的减缓尤为明显，这与亚洲气溶胶排放量的增加相对应。研究表明，这种减缓可能比之前认识到的更为显著，气溶胶的影响可能会加剧其他气候驱动因素，例如融化的极地冰层带来的淡水输入。

研究表明，减少亚洲的气溶胶排放可以同时解决两个全球问题：改善空气质量和稳定AMOC。虽然气溶胶减少会减轻局部污染，但更广泛的气候效益可能包括减缓AMOC的减弱，有助于维持全球气候系统的稳定。

大西洋经向翻转环流减弱的影响

大西洋经向翻转环流的减弱对区域和全球气候都有重大影响。随着大西洋经向翻转环流的减缓，它减少了向北输送暖水，导致北美东海岸的海平面上升。墨西哥湾流的减缓导致大西洋暖水流出减少，导致沿海地区积水。预计到本世纪末，这一现象将使该地区的海平面上升多达一米。

大西洋经向翻转环流的破坏会影响急流，导致整个北半球的天气模式发生变化。特别是，欧洲预计将经历更冷的冬季，而美国东海岸可能会面临更多极端天气事件。此外，AMOC 的减弱与季风模式的变化有关，这可能会对南亚和西非等地区的粮食和水安全造成严重后果。

大西洋经向翻转环流的减弱会对海洋生态系统造成严重后果，尤其是在北大西洋。大西洋经向翻转环流在营养物质的分配中起着至关重要的作用，营养物质支持浮游生物种群并构成海洋食物链的基础。AMOC的减缓可能导致海洋生物多样性的破坏，影响鱼类资源和其他海洋生物。

思考

亚洲气溶胶的持续和预计增加（由于人类活动，特别是工业化）将如何在下个世纪继续影响大西洋经向翻转环流，特别是在各种排放情景下？

不同类型的气溶胶（例如硫酸盐、黑碳、有机气溶胶）对亚洲冷却效应及其对大西洋经向翻转环流的后续影响的相对贡献是什么？

气溶胶对大西洋经向翻转环流的影响是线性的吗，或者它们是否涉及可能随着时间的推移放大或减轻其影响的非线性反馈？

参考文献：Fukai Liu, Xun Li, Yiyong Luo, Wenju Cai, Jian Lu, Xiao-Tong Zheng, Sarah M. Kang, Hai Wang & Lei Zhou ，Increased Asian aerosols drive a slowdown of Atlantic Meridional Overturning Circulation.  Nature Communications volume 15, Article number: 18 (2024) ，doi.s41467-023-44597-x

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