地表风如何影响亚极地北大西洋环流，时间尺度和气候变化响的研究

大西洋经向翻转环流 (AMOC) 在地球气候系统中起着至关重要的作用，特别是在调节赤道和极地之间的热量分布方面。它将温暖的地表水从热带地区驱赶到北大西洋，有助于气候缓和。亚极地北大西洋是一个关键区域，AMOC 在此下沉冷而稠密的水，从而启动环流的深层分支。AMOC 的强度和稳定性受各种因素的影响，包括地表风的变化。最近的一项研究，调查了 AMOC 对不同时间尺度上地表风变化的响应，为控制这一关键气候过程的机制提供了宝贵的见解。

大西洋经向翻转环流 (AMOC)

AMOC 是一种大规模海洋环流，包括表面洋流和深层洋流，在全球范围内输送热量、盐和营养物质。在北大西洋亚极地，AMOC 是海洋调节气候模式（尤其是热通量）能力的关键组成部分。AMOC 由两个主要分支组成：

• 上支：涉及海洋上层暖咸水向北流动，负责将热量从热带输送到北大西洋。
• 深海分支：涉及亚极地地区寒冷、稠密的海水下沉，从而推动深海洋流向南回流。这一过程在调节大气二氧化碳水平和全球整体气候方面发挥着至关重要的作用。

AMOC 的强度和稳定性会因多种因素而波动，包括​​淡水流入、温度变化和风强迫。了解地表风如何影响 AMOC（尤其是在不同时间尺度上），对于预测未来气候动态至关重要。

风强迫和 AMOC 响应

表面风是海洋环流的基本驱动因素，特别是埃克曼输送和大气与海洋之间的能量交换。北大西洋的风型复杂，在季节、年际和十年时间尺度上变化。这些风型的变化会引起海洋条件的变化，从而影响 AMOC 的强度。

这项新的研究指出地表风的变化主要通过改变从风到海洋的能量输入来影响 AMOC 的强度。主要机制包括：

• 风应力旋度和罗斯贝波：在年际时间尺度上，风应力旋度的波动（尤其是在拉布拉多海及其周边地区）会产生向西传播的罗斯贝波。这些波会影响该地区水的密度和温度，从而影响 AMOC 的强度。
• 埃克曼辐合的变化：在较短的天气时间尺度上，地表风的高频变化可能导致埃克曼辐合的变化。这会导致局部海面高度的变化，进而影响亚极地地区的整体环流并改变 AMOC 的强度。
• 风驱动的上升流和下降流：风的变化也会影响亚极地地区的上升流和下降流过程。风向的变化会导致上层海洋的混合增加或减少，从而影响海洋与大气之间的热交换。这在拉布拉多海的背景下尤为重要，因为风的变化会影响表面热量损失和海洋盐度。

风对 AMOC 的影响与大气和海洋之间的能量交换密切相关。这种交换受到风速、风向和变化等因素的影响。风变化对 AMOC 的最大影响是通过风向海洋输入能量来实现的。当地表风强度增加时，它们往往会增加海洋的能量输入，增强垂直混合，并可能推动更强烈的深水形成。相反，风力较弱会导致混合减少，AMOC 强度降低。

风变化的时间尺度

AMOC 对风力变化的响应会因风强迫的时间尺度而有很大差异。这种变化对于理解海洋环流模式的短期和长期变化至关重要。这项新的研究发现：

1、季节和天气时间尺度：在季节和天气时间尺度上，地表风，尤其是与北大西洋涛动 (NAO) 等大气压力系统相关的风，会引起显著的海洋变化。这些风的波动会改变环流的强度，并影响亚极地急流的位置和强度，进而影响 AMOC 的强度。较短的时间尺度的特点是风引起的埃克曼输送变化，导致海面温度 (SST) 和盐度发生显著的局部变化，直接影响表面密度场。这些变化可能引发海洋垂直分层的快速变化，并形成 AMOC 深层分支所必需的密集水团。

2、年际时间表：在年际时间尺度上，与较大的大气模式（如 NAO 和大西洋多年代际振荡 (AMO)）相关的风向变化对 AMOC 的影响更为深远。风应力旋度的变化和罗斯贝波的传播影响着更长距离的海洋条件，导致北大西洋亚极地水团形成和深水形成的变化。风向变化会显著影响 AMOC 的强度，风向变化会改变地表热通量和盐度，进而改变水团的密度并影响翻转过程。

3、十年或更长的时间尺度：在十年时间尺度上，AMOC 对地表风变化的响应受到更广泛气候系统变化的调节，包括海洋反馈和大规模环流模式的变化。这一时间尺度对于了解长期 AMOC 趋势以及由于地表风持续变化而导致海洋环流模式发生变化的可能性至关重要。这些十年变化通常与数年或数十年积累的海洋热含量和盐度变化有关，从而导致 AMOC 强度逐渐变化。

新的研究发现

一项新的研究探讨了表面风变化对亚极地北大西洋大西洋经向翻转环流 (AMOC)的影响。

研究证实，地表风变化在调节 AMOC 强度方面起着至关重要的作用，特别是通过影响风向海洋的能量输入。研究发现，风模式，尤其是与风应力旋度相关的风模式，通过改变海洋热量和淡水的分布，直接影响翻转环流。这些变化可以增强或减弱 AMOC，具体取决于风应力的方向和大小。

研究的一个重要发现是，地表风变化对 AMOC 的影响在不同时间尺度上有所不同。季节性、年际和十年期风波动的影响在强度和对海洋环流的影响上有所不同。

• 季节变化主要影响近地表洋流和混合过程，导致倾覆强度的短期波动。
• 年际变化通常与北大西洋涛动（NAO）等大型大气现象有关，它可能对 AMOC 强度产生更大的影响，从而可能改变热传输和对流过程。
• 十年和更长期的变化有可能导致 AMOC 发生长期变化，从而导致更大规模的气候现象，如热量分布和海洋分层的变化。

该研究还强调了高频风变率在地表风中的作用。研究表明，较短时间尺度（例如每周到每月）的波动会影响中纬度地区的埃克曼辐合。这种辐合会导致上层海洋密度结构的变化，从而可能导致海洋环流模式发生微妙的变化。这些高频变化虽然不如年际或十年际变化那么剧烈，但会随着时间的推移而积累，并影响 AMOC 的长期稳定性。

在年际时间尺度上，研究指出了向西传播的罗斯贝波的影响，这种波是由风应力旋度的波动产生的。这些波对 AMOC 的强度有显著影响，特别是在亚极地北大西洋。研究证实，风应力的变化，特别是与 NAO 或其他大气模式相关的变化，会导致罗斯贝波的形成，并传播到海洋中，影响其深对流和翻转过程。

研究强调，风向变化对 AMOC 强度的最大影响是通过风向海洋的能量传递。这种能量输入对于推动北大西洋亚极地的海洋混合和深水形成至关重要，在那里，寒冷、密集的海水下沉并形成 AMOC 的深层分支。风应力的变化会改变海洋表面和地下的热和盐度结构，从而影响海洋维持强大翻转流的能力。

研究表明，亚极地北大西洋是 AMOC 运作的关键区域，地表风在调节其强度和变化方面起着关键作用。AMOC 对风强迫的响应很复杂，在不同的时间尺度上有所不同。风应力旋度、埃克曼辐合和风驱动上升流的变化是影响 AMOC 强度和稳定性的关键机制。

思考

虽然研究强调风的变化会影响 AMOC 动态，但尚不清楚这些成分之间的非线性相互作用可能如何发生。例如，减弱的 AMOC 是否会放大风驱动的变化，从而导致更极端的气候条件？

目前的研究主要集中在表面环流和中深水，但深海及其对 AMOC 的贡献是什么？风驱动的表面水变化在触发或调节更深的洋流和水团转变方面起着什么作用？

参考文献：Response of Subpolar North Atlantic Meridional Overturning Circulation to Variability in Surface Winds on Different Timescales. doi.org/10.1175/JPO-D-23-0236.1

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