中气爱：地球极寒、小冰河要来了？西方新研究表明AMOC“正处于通往临界的过程中”

一个荷兰乌得勒支大学团队使用一个复杂的气候模型成功模拟了大西洋经向翻转环流（AMOC）的崩溃，揭示了严重的全球气候影响。他们的研究2月9日发表于《科学进展》。该研究之前，由丹麦作者去年7月发表于《自然-通讯》的一项研究（https://doi.org/10.1038/s41467-023-39810-w）成为了头条新闻，其同样是寻找接近AMOC临界点的早期预警信号，但使用的数据和方法截然不同。

这项由乌得勒支大学气候物理学家René M. van Westen和两位同事开展的新研究是一项大量计算工作的成果，是在运行一个最先进的气候模型（通用地球系统模型CESM，水平分辨率海洋/海冰为1°，大气/陆地分量为2°）4400个模型年的基础上得出。其在荷兰国家超级计算设施（https://www.surf.nl/en/services/snellius-the-national-supercomputer）——该国最大的高性能计算系统的1024个核上运行，耗时六个月。

“van Westen等人的这项新研究是AMOC稳定性科学的一大进步，它出自我认为世界领先的AMOC稳定性研究的中心，位于荷兰乌得勒支，”未参与该研究的德国物理海洋学家和气候学家Stefan Rahmstorf评论道。他指出，这是在一个具有良好空间分辨率的全球耦合海洋-大气气候模型中找到AMOC临界点的首次系统性尝试，使用准平衡方法。该方法Rahmstorf在1995年(https://doi.org/10.1038/378145a0)开创，鉴于那时计算机能力有限，他使用了一个分辨率相对较低的纯海洋模型。

AMOC崩溃。（van Westen et al.《科学进展》2024）

van Westen等人证实了，如果大西洋北部被淡水稀释（通过增加降雨、河流径流和融水），从而降低其盐度和密度，则AMOC就会有一个临界点，超过该临界点，AMOC就会崩溃。其他研究已经表明了这一点。“现在，这一临界点首次在一个最先进的全球耦合气候模型中得到了证明，这粉碎了人们的希望，即通过更多的模型细节和分辨率，某些反馈可能会防止AMOC的崩溃，”Rahmstorf认为。

不同地区的气候图。（van Westen et al.《科学进展》2024）

van Westen等人通过使用观测数据证实了，大西洋正“处在通往临界的过程中”，即朝着这个临界点移动。最关键的问题是：人类距离这个临界点还有多远？

近期的几项使用了不同数据和方法的研究（https://www.realclimate.org/index.php/archives/tag/north-atlantic/）提出，人类正在接近该临界点，并且其可能已经太近了，近得甚至有可能在未来几十年里就被越过。但这些研究所使用方法的可靠性受到了质疑（https://www.realclimate.org/index.php/archives/2023/08/the-amoc-tipping-this-century-or-not/）。基于他们壮观的计算机模拟，该荷兰团队提出了一种新的、基于物理学、可观测的早期预警信号。

van Westen等人使用了Rahmstorf在1996年的一项研究（https://doi.org/10.1007/s003820050144）中提出的一种诊断方法：南大西洋入口处跨越非洲南端纬度的AMOC的淡水输送。荷兰团队未给出一个对达到临界点具体时间段的估计，因为这需要对这一纬度的海洋环流进行更多的观测，但他们指出关于去年的那项丹麦研究（https://doi.org/10.1038/s41467-023-39810-w），“他们的临界点估计（2025年至2095年，95%置信度水平）可能是准确的”。

AMOC的淡水输送和大西洋淡水收支。（van Westen et al.《科学进展》2024）

van Westen等人证实了过去的担忧，即气候模型系统性地高估了（https://doi.org/10.1073/pnas.0909146106）AMOC的稳定性。关于模型中至关重要的AMOC淡水输送，他们指出大多数模型都并不准确。“大多数模型甚至对这一重要诊断有错误的信号，该诊断决定大西洋盐度的反馈是稳定化还是不稳定，”Rahmstorf表示。“而这种模型偏差是我认为IPCC（政府间气候变化专门委员会）迄今为止低估了AMOC崩溃风险的一个关键原因，依赖的是这些有偏差的气候模型。”

AMOC崩溃时的地表温度响应。（van Westen et al.《科学进展》2024）

荷兰团队还提供了关于AMOC崩溃对气候影响的更详细、更高分辨率的模拟，尽管是孤立考虑的，而不是与二氧化碳引起的全球变暖的影响相结合。“由于当前背景气候状态和气候变化强迫与我们的模拟不同，当前真实的AMOC可能比本研究中所示的模拟更接近其临界点，”van Westen等人写道。

“我们对AMOC崩溃的瞬时响应和气候影响感到惊讶，”van Westen说。他们展示了尤其是从英国到斯堪的纳维亚半岛的北欧将会如何遭受毁灭性的影响，比如在一个世纪里冬季气温下降10℃到30℃，导致在十年或二十年里一种完全不同的气候，这与关于海洋环流突变的古气候证据相一致。此外，他们还展示了热带降雨带的重大转变。“AMOC崩溃的这些（以及更多）影响早已为人所知，但迄今为止还没有在如此高质量的气候模型中显示出来，”Rahmstorf指出。

总体而言，这项新研究显著增加了人们对AMOC在不久的将来崩溃的担忧。“正如我们早先的研究表明的那样，一旦AMOC崩溃，由此产生的气候影响在人类时间尺度上几乎是不可逆转的，”共同作者、动力海洋学家Henk Dijkstra指出。“要避免对气候、社会和环境造成毁灭性后果，就必须远离这一临界点。” Rahmstorf 认为：“一旦我们有了明确的预警信号，考虑到系统的惯性，再想采取任何措施都为时已晚。”

（文/牛静美）

【参考来源：】

van Westen et al.《基于物理学的预警信号显示AMOC正处于通往临界的过程中》《科学进展》2024（开放获取）

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk1189

Stefan Rahmstorf：《新研究表明大西洋翻转环流AMOC“正处于通往临界的过程中”》

https://www.realclimate.org/index.php/archives/2024/02/new-study-suggests-the-atlantic-overturning-circulation-amoc-is-on-tipping-course/

https://www.uu.nl/en/news/potential-collapse-of-the-atlantic-ocean-circulation-strongly-affects-european-climate

https://theconversation.com/atlantic-ocean-is-headed-for-a-tipping-point-once-melting-glaciers-shut-down-the-gulf-stream-we-would-see-extreme-climate-change-within-decades-study-shows-222834