山脉如何塑造洋流，地形在气候和海洋环流中发挥的惊人作用

全球经向翻转环流 (GMOC) 通过在海洋中输送热量、营养物质和碳，在调节地球气候方面发挥着关键作用。这种复杂的洋流系统由温度和盐度差异驱动，温度和盐度差异会影响水密度并引发海水的垂直和水平运动。在影响 GMOC 强度和稳定性的众多因素中，陆地和海底山脉的存在和海拔已成为塑造其动态的关键因素。

山脉，尤其是喜马拉雅山、安第斯山脉和青藏高原等大型大陆山脉，以及海底山脉，对全球气候系统有着重大影响。它们通过改变大气和海洋环流模式来做到这一点，进而影响全球热量和碳的分布。

最近的一项研究加深了我们对山脉如何影响 GMOC 的理解，研究表明山脉的物理和地质特性会深刻改变大气动力学和洋流。

什么是经向翻转环流（MOC）？

在深入研究山脉的影响之前，必须先了解什么是经向翻转环流。经向翻转环流是指全球海洋中水的大规模运动，其主要由温度和盐度变化造成的密度差异驱动。这些密度驱动的洋流负责赤道和两极之间的热量分布，从而在调节地球气候方面发挥关键作用。

MOC 包括表面洋流和深水洋流，表面洋流将热带地区的暖水输送到高纬度地区，深水洋流将极地地区的较冷、密度较大的水流送回赤道。大西洋经向翻转环流 (AMOC) 是 MOC 的一个主要组成部分，它将热带大西洋的暖水循环到北大西洋，并推动大西洋、太平洋和印度洋之间的大规模水团交换。

该系统不仅分配热量，还调节海洋中碳和营养物的运输，对全球气候、海洋生态系统和碳封存至关重要。大气模式或海洋盐度和温度变化导致的全球经向翻转环流 中断可能导致重大气候变化，包括区域气候变冷或变暖以及对海洋生物的影响。

山脉对全球气候系统的影响

山脉影响大气动力学，可以阻挡风，改变降雨模式，影响气团运动。这些影响在高海拔地区尤为明显，因为高海拔地区的温度梯度会形成局部环流模式。山脉的形状和高度可以改变气团的流动，导致降水集中在山脉的迎风面，而背风面则变得干燥。这就是所谓的地形效应，它是山脉影响气候和天气模式的关键机制。

此外，山脉的物理高度会影响大气压力、温度和湿度。高山可以充当散热器或热源，影响地球表面和大气之间的能量转移。例如，安第斯山脉、喜马拉雅山脉和青藏高原等山脉显著改变了水文循环，并在全球热量分布中发挥作用。

山脉还会通过改变大气风来影响海洋环流，进而影响海面温度和盐度。这些变化会影响构成经向翻转环流的密度驱动洋流。

山脉如何影响经向翻转环流？

山脉通过大气和海洋效应以多种方式影响经向翻转环流。尤其是高纬度或海拔较高的山脉，会改变气团和洋流的流动。例如，喜马拉雅山、安第斯山脉和青藏高原等山脉的隆升对大气环流产生了长期影响。这些山脉形成高压区和低压区，可以加速或减缓洋流的流动。

山脉不仅影响洋流，还影响海洋与大气之间的热交换。山脉的高度和位置决定了大气环流向不同地区输送了多少水分。这会影响海洋的盐度，而盐度是驱动 GMOC 的热盐环流的关键驱动因素。

山脉通过迫使空气上升、冷却和凝结来影响降水模式，从而形成雨雪。山区淡水径流的数量直接影响附近海洋的盐度，进而影响海水密度和深水团的形成。这一过程对于维持 GMOC 的强度至关重要。

例如，高山会通过冰川融化和雨水径流增加进入海洋的淡水量，从而稀释地表水的盐度。地表水盐度的降低会降低海水密度，从而减缓极地地区寒冷、稠密的海水下沉，并扰乱温盐环流 。

除了陆地上的山脉外，海底山脉（也称为洋中脊或海山）在海洋环流中也发挥着重要作用。这些海底山脉有些从海底升起数千米，它们通过形成物理障碍来改变水流，从而影响深海洋流。这些结构有助于深海水的混合，从而直接影响海洋中热量和碳的分布。

研究表明，海底山脉有助于搅动深海洋流，促进水的垂直混合，并实现热量和碳的储存和重新分配。海底山脉与洋流之间的相互作用有助于调节海洋不同层之间的热量交换，这对 GMOC 的整体运作至关重要 。

最新的研究发现

复旦大学大气与海洋科学系、极地大气-海洋-冰系统天气与气候教育部重点实验室等引导的一项研究，设计了一系列耦合模型敏感性试验，以研究各种山脉对全球热盐环流的影响​​ .这些实验涉及运行有和没有特定山脉的气候模型，以观察MOC的变化。

研究发现，包括安第斯山脉和喜马拉雅山脉在内的各种山脉都会改变洋流强度和深水形成，青藏高原对全球经向翻转环流 (GMOC) 的影响最大，而经向翻转环流调节着全球的热量分布。这种影响延伸到大西洋和太平洋，对区域气候和海洋生态系统具有重要影响。

研究表明，大陆地形在塑造地球气候方面起着至关重要的作用。青藏高原在塑造全球MOC方面的重要作用，青藏高原对于大西洋经向翻转环流( AMOC)的建立和太平洋经向翻转环流( PMOC)的抑制至关重要。

随着气候变化的加速，山脉与海洋环流之间的相互作用可能会变得更加明显。冰川融化和气温升高将影响降水模式、淡水径流和海洋盐度。这些变化将对海洋环流产生连锁效应，并可能进一步影响 GMOC 的强度和稳定性。

思考

山脉和全球MOC之间存在哪些反馈机制，它们如何放大或减轻气候变化的影响？长期地质过程导致的山脉地形变化如何影响全球MOC ？​​​​​山地引起的MOC变化对当地气候和生态系统有哪些具体区域影响？

参考文献：Haijun Yang, Rui Jiang, Qin Wen, Yimin Liu, Guoxiong Wu & Jianping Huang ，The role of mountains in shaping the global meridional overturning circulation.  Nature Communications volume 15, Article number: 2602 (2024) ，doi.s41467-024-46856-x

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