气候变暖如何加剧博福特环流，北冰洋的定时炸弹
由于气候变化迅速，北冰洋正在经历重大转变，其中一项转变就是博福特环流的演变行为，最近的研究表明，该环流正在经历“主导膨胀”的过程，这种转变主要是由海冰减少、地表淡水通量增加和风向变化引起的，正在影响着北极的气候和海洋系统。
博福特环流
博福特环流（Beaufort Gyre）是北极最大的淡水水库，在调节北极淡水平衡方面发挥了关键作用，以周期性的方式储存和释放淡水。淡水的积累主要是由于降水、冰融化和河流径流。因此，博福特环流通常被视为气候变化的指标，特别是在北极淡水系统如何变化方面。
然而，近年来的研究表明，由于海冰加速融化和气温升高，这个曾经稳定的系统正变得更加动态和不稳定，环流内淡水增加，有报道称近20年来其淡水含量增加了 40%。这种转变导致环流的行为及其与周围洋流和大气系统的相互作用发生变化，进而对区域和全球气候产生影响。
基于卫星测高数据、冰系剖面仪和定浮标数据，博福特环流淡水含量增加主要由于大气风强迫、海冰融化和Mackenzie河流流向的从东向转为西向，以及通过白令海峡输入的低盐度太平洋水导致。淡水含量的季节性变化比年际变化更显著，最大值出现在12月，最小值出现在4月。
2023年，耶鲁大学引导的一项研究，研究人员利用海洋数据、卫星图像和基于冰的测量来追踪环流不断变化的环流和淡水含量，探讨了博福特环流行为在近几十年中的变化情况。研究发现，环流的结构正在发生巨大变化，淡水积累明显增加，海洋混合减少。环流行为的这种变化主要是由于海冰减少和淡水输入增加的共同影响，这一趋势显著改变了北冰洋的热动态，因为混入海洋内部的淡水减少，导致表面水温升高和分层增加。
此外，这项最新研究的作者在2024年也针对博福特环流开展过相关的研究，此前的研究专注于研究博福特环流区域内的淡水释放和更新机制。研究发现，环流中不断增加的淡水含量并不一定会导致海洋环流的永久性中断。相反，环流似乎能够通过各种机制更新和释放淡水。这项研究强调，尽管淡水积累量增加，但环流中淡水的释放率仍然相对稳定，这对北极环流模式的长期稳定性具有重要意义。
气候变暖导致的博福特环流出现主导性膨胀
为了探究博福特环流在变暖气候下会怎么变化，海冰和风力变化起到什么作用，一项由阿尔弗雷德·韦格纳研究所、亥姆霍兹地和海洋研究中心引导的研究，利用CMIP6的39个气候模型数据，分析到2100年北极淡水和环流变化。
研究发现，在气候变暖背景下，博福特环流将积累更多淡水并导致海平面上升。到2081-2100年，博福特环流区域的淡水含量比1981-2000年增加12米，涨幅高达75%，局部海平面高度可能增加24cm，比全球平均快得多！主要是由于降水、径流、融冰等淡水增加和风应力增强导致。
用水平分辨率4.5公里更精细的海洋模型FESOM2重新模拟，发现此前CMIP6模型的风场模拟有偏差，低估了博福特环流“膨胀效应”，淡水积累比此前预测高32%，海平面上升多45%，环流速度加快5.3 cm/s。经更精细模型校准后，淡水积累和环流加速更明显。
此外，海冰减少通过增强风应力加速淡水积累，2081-2100年，海洋表面应力增加48%，但风速仅增加12%，表明海冰减少在放大海面应力方面起着重要作用。
在气候变暖的情况下，博福特环流强烈膨胀意味着其在调节北冰洋和北大西洋极地附近的淡水等方面发挥着越来越大的作用，对气候和海洋生态系统的影响也更大。
研究强调，目前的模型往往低估了未来气候情景中可能在博福特环流中积累的淡水量，这表明现实世界的条件可能比预测的更为极端。研究表明，高分辨率海洋模型和改进的大气环流模拟可以缓解这种膨胀。
图：CMIP6 模型中淡水含量 (FWC)、海面高度 (SSH) 和表面地转流 (SGC) 速度的平均状态和未来变化🔽
a – c 1981–2000 年 ( a )、2081–2100 年 ( b )的 FWC 多模型平均值，以及两个时期之间的差异 ( c )。d – f ，与 ( a – c )相同，但针对 SSH。g – i ，与 ( a – c )相同，但针对 SGC 速度。
❓思考题：为什么海冰减少会放大风的影响？
参考答案：（点击查看）
海冰像“缓冲垫”，没了它，风力直接作用海水，增加表面应力，这项研究提到风力增强48%，但风速只增12%，差额来自海冰减少。
思考
博福特环流的长期稳定性如何，哪些因素可能导致其不稳定，博福特环流中积累的淡水突然释放对全球海洋环流有何潜在影响？
参考文献：Qiang Wang, Qi Shu, Shizhu Wang, Xinyue Li, Sergey Danilov, Fangli Qiao, Zhenya Song, Fan Wang & Thomas Jung ，Dominant inflation of the Arctic Ocean’s Beaufort Gyre in a warming climate. Communications Earth & Environment volume 6, Article number: 40 (2025) ，doi.s43247-025-02028-3