在全球变暖的情况下,亚热带西边界流向岸增强?
边界流是指在大陆边缘的洋流,其动力受海岸线的影响,边界流可分为两个不同的类别:西部边界流和东部边界流。
东部边界流位于大洋盆地的东侧(毗邻大陆的西海岸),其特性一般较浅、较宽而且流动缓慢。位于亚热带的东部边界洋流是向赤道流动的,把冷水从高纬度地区输送到低纬度地区。本格拉洋流、加那利洋流、 洪堡洋流和加利福尼亚洋流等均属于东部边界流,在这些地区的沿岸上升流,经常把富含海鲜的深水带入东部边界洋流区,使其成为海产丰富区域。
西部边界流则分为亚热带和低纬度西部边界流两种洋流。亚热带西部边界洋流是由于大环流的西环强化(Western intensification)作用的,而在洋盆西侧形成的温暖、深、窄和快速流动的洋流,它们从热带向极地方向运送温水。墨西哥湾流、阿古拉斯洋流和黑潮等均属此种西部边界流。低纬度西部边界流类似于亚热带西部边界流,但将冷水从亚热带流向赤道方向。棉兰老岛洋流和巴西北部洋流等属于此种低纬度西部边界流。
过去的研究表明,亚热带西边界流在全球变暖背景下可能会向极地扩展,但其纬向上向岸移动研究并不是清楚,但西边界流向岸上的移动对沿海海洋有重大影响,例如,向岸的黑潮 和东澳大利亚洋流与地形相互作用,推动大陆架上营养丰富的上升流,为沿海地区提供养分;同样,墨西哥湾流水从向岸运动异常上升,有助于形成高度集中的地下硅藻。
为了探究,在全球变暖背景下亚热带西边界流纬向向岸移动变化情况,以及这种变化对沿海海洋生态系统、海洋热浪、碳吸收能力以及甲烷水合物的稳定性的影响,研究团队使用了7种高分辨率气候模型,模拟了1950年至2050年间亚热带西边界流的流速变化情况,通过对五个主要亚热带西边界流(黑潮、湾流、阿古拉斯流、东澳大利亚流和巴西流)的分析,量化了向岸增强和离岸减速的幅度。
通过对这些模型的分析,研究人员发现亚热带西边界流在变暖的气候中表现出“向岸增强”的趋势,亚热带西边界流的流速在靠近海岸的一侧加速,而在远离海岸的一侧减速。这种变化与海洋分层的增强密切相关,海洋表层的快速变暖导致亚热带西边界流的上升,从而引发这种向岸增强的现象。
在向岸增强幅度上,东澳大利亚流表现出最强的的向岸加速度,每十年的加速度为0.51 ± 0.24 cm/s;巴西流表现出最小的向岸加速度,每十年的加速度为0.10 ± 0.08 cm/s;黑潮向岸每十年的加速幅度为0.30 ± 0.18 cm/s;阿古拉斯流则表现出向岸加速和离岸减速幅度相近;湾流离岸海岸减速明显,每十年减速幅度为-0.94 ± 0.29 cm/s。
此外,研究还探讨了风场的变化对亚热带西边界流的影响,研究人员基于7个气候模式计算了全球海洋的层结和表面风应力卷曲。研究发现,虽然风场的变化也对亚热带西边界流的纬向结构有一定影响,但其作用相对较小,风应力旋度的减弱并未显著影响亚热带西边界流的向岸增强。
图:全球变暖条件下亚热带 WBC 陆上强化模拟
a、基于 1950 年至 2050 年七个高分辨率气候模型的集合平均值,全球海洋表面流的时间平均动能。b – f 、五个亚热带 WBC 的表面速度线性趋势(cm s −1 /十年):KC(b);GS(c);AC(d);EAC(e);和 BC(f )。颜色阴影表示在 95% 置信水平以上具有统计显著性的区域。黑色实线为流轴(方法中的“WBC 轴和陆上/离岸趋势”部分)。黑色箭头表示流矢量。绿线在轴的两侧包围了 1° 带。g 、不同模型中五个 WBC 的陆上(颜色阴影)和离岸(线条阴影)侧面 1° 带上平均速度趋势的幅度。每条柱状图上的黑线代表基于每个模型的 1,212 个样本和相应的 WBC 的误差线。灰色三角形表示每个模型中的趋势。黑色圆圈(星号)表示基于七个样本的 WBC 向岸(离岸)侧的多模型集合平均值,而误差线表示基于自举法估计的 95% 置信区间的模型间扩散。正如所有七个可用的高分辨率气候模型一致表明的那样,在气候变暖的情况下,WBC 向岸的强化是可以预料的。
该研究通过高分辨率气候模型和理想化实验,揭示了全球变暖背景下亚热带西边界流向岸增强的现象及其驱动机制。研究结果表明,海洋分层的增强是亚热带西边界流向岸增强的主要驱动因素,而风场的变化对其影响较小。这一发现对理解全球变暖对海洋环流系统的影响具有重要意义,并为未来沿海海洋生态系统的管理和气候变化应对提供了科学依据。
❓思考题:在全球变暖背景下,副热带西边界流(WBCs)的向岸增强主要由以下哪个因素驱动
A. 风场的减弱
B. 海洋分层的增强
C. 盐度的变化
D. 洋流的自然波动
正确答案:(点击查看)
B.
解析:研究表明,海洋分层的增强是WBCs向岸增强的主要驱动因素。全球变暖导致海洋表层快速升温,增强了海洋分层,使得WBCs的能量更多地集中在表层,从而向海岸移动。风场的减弱虽然也有一定影响,但并非主要驱动因素。盐度变化和洋流自然波动的影响较小。
正如研究所提到的一样,全球亚热带亚热带西边界流向陆增强可能具有深远的影响,可能会由于上升流减少导致低营养条件,破坏这些地区的生态平衡,还可能会出现更强烈的海洋热浪、海洋吸收二氧化碳的能力下降等问题。
参考文献:Haiyuan Yang, Haihong Guo, Zhaohui Chen, Wenju Cai, Lixin Wu, Jinzhuo Cai, Tao Geng, Zhao Jing, Bolan Gan, Xiaohui Ma & Yingying Wang ,Onshore intensification of subtropical western boundary currents in a warming climate. Nature Climate Change (2025),doi:10.1038/s41558-025-02258-5