探索海洋能量循环中的混乱，北大西洋涡流如何影响气候动态

地球气候系统的复杂性和多变性受到各种因素的影响，其中洋流及其混乱行为起着重要作用。在最近的一项研究中，研究人员探讨了海洋涡流对北大西洋能量循环的影响，强调海洋涡流（小规模的旋转水流）已成为能量传输和大气相互作用的重要驱动因素。

海洋能量循环和涡流复杂的相互作用

海洋通过储存和重新分配地球上的热量，在调节地球气候方面发挥着至关重要的作用。海洋表层吸收太阳辐射，然后将热量转移到大气中，影响天气模式和大气环流。洋流是传输热量的主要机制，它们以各种规模运作，从大规模环流到较小的局部涡流。

海洋能量循环是指海洋和大气之间交换热量和动量的复杂过程。这些交换对于维持全球气候系统的稳定性至关重要，包括调节大气温度、降水模式和全球热量分布。海洋能量循环的中断会对气候动态产生深远的影响，导致厄尔尼诺和拉尼娜等现象、海平面变化和天气模式转变。

海洋涡流是由于洋流不稳定而在海洋中形成的涡流，通常直径从几公里到几百公里不等。这些涡流可能是暖的，也可能是冷的，这取决于它们的形成和所含的水团。涡流在海洋锋面较强的地区尤其常见，例如北大西洋，它们在能量传递和混合中起着核心作用。

涡流之所以重要，是因为它们充当热量、营养物质和动量的管道。通过将暖水移向极地、将冷水移向赤道，它们有助于重新分配热量，在地球的热量收支中发挥作用，并影响大气过程。涡流还会影响地表和地下水层的混合，增强海洋内的垂直热输送，并影响全球热盐环流。

除了水平重新分配热量外，涡流在垂直热传递中也发挥着关键作用。这些旋转的洋流将表层水与海洋深层混合，使热量从海洋表面传输到深海。这一过程对于调节海洋内部温度和维持全球热盐环流的稳定性尤为重要，而全球热盐环流是驱动大规模洋流的关键。

涡流受一系列因素影响，包括风向变化、海洋温度以及与较大洋流的相互作用。因此，它们的行为每年都可能有很大差异，从而导致海洋能量循环出现不可预测的波动。涡流行为的混乱性质意味着垂直热传递在整个海洋中并不均匀。相反，垂直混合的强度和位置每年都会发生变化，导致海洋温度曲线波动。这些波动反过来又会影响全球热量收支并影响大气环流模式。例如，北大西洋垂直热传递的变化会影响墨西哥湾流的强度，这对欧洲和北大西洋地区的气候有重大影响。

新的研究发现

海洋是地球上巨大的热力引擎，其运行远非可预测。从北大西洋的漩涡到海洋与大气的耦合，海洋动力学受到混沌的影响，而科学家们才刚刚开始理解这种影响。

一项新的研究探索了海洋能量循环，特别是混沌过程在海洋能量循环中的作用。研究定义了平均和涡流动能库（分别为 MKE 和 EKE）和平均总动态焓 (MTDE)，使用动态焓 (DE) 作为势能的代理，此外，涡流是根据北大西洋部分海气耦合、涡流丰富的集合模拟的集合平均值定义的。

研究发现，虽然与正垂直涡旋浮力通量相关的斜压不稳定性往往在 2 月左右达到峰值，但 EKE 在风驱动环流中在 9 月左右达到最大值。从 MKE 到 EKE 的能量输入在夏季和秋季变得大于垂直涡旋浮力通量。研究结果质疑了普遍的观点，即混合层内斜压不稳定性激发的冬季 EKE 的逆能量级联是 EKE 夏季至秋季峰值的唯一原因，并表明 DE 的涡旋传输和从 MKE 到 EKE 的能量转移都导致了季节性 EKE 最大值。

通过研究能量循环的时间变化，研究结果表明，非局部位势涡度输送对于风生环流中正确的射流形成至关重要。除了空间局部斜压不稳定性调节其季节性这一众所周知的机制之外，从 MKE 到 EKE 的局部转移和DE 波动的非局部涡旋输送也可能是西边界流区域的重要因素。换句话说，从势能库到 EKE 的能量通量不仅是垂直浮力通量，而且是它与 DE 的非局部输送之间的净残差。

思考

海洋涡流如何与更大规模的气候反馈机制（如北大西洋涛动或大西洋经向翻转环流）相互作用？这项研究强调了混乱的变异性。这种变异性如何影响极端气候事件的发生，例如突然的海洋热浪或大气环流模式的变化？我们能否识别出这些事件发生前的海洋能量循环信号？

参考文献：Imprint of Chaos on the Ocean Energy Cycle from an Eddying North Atlantic Ensemble，DOI: doi.org/10.1175/JPO-D-23-0176.1

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