人類活動(dòng)釋放的大部分熱量和碳被海洋吸收，但它能吸收多少取決于海洋內(nèi)部的湍流，因?yàn)闊崃亢吞家幢煌迫牒Ｑ笊钐帲幢焕虮砻妗?/div>
雖然這些水下波已經(jīng)眾所周知，但它們?cè)跓崃亢吞紓鬏斨械闹匾陨胁煌耆宄?/div>
發(fā)表在AGU Advances雜志上的結(jié)果表明，海洋內(nèi)部的湍流對(duì)于全球范圍內(nèi)的碳和熱量運(yùn)輸比以前想象的更為重要。
海洋環(huán)流將溫暖的海水從熱帶帶到北大西洋，在那里它們冷卻、下沉并在深海中向南返回，就像一條巨大的傳送帶。這種環(huán)流模式的大西洋分支，稱為大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(AMOC)，在調(diào)節(jié)全球熱量和碳收支方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。海洋環(huán)流將熱量重新分配到極地地區(qū)，在那里融化冰，將碳重新分配到深海，在那里可以儲(chǔ)存數(shù)千年。
“如果你要拍一張海洋內(nèi)部的照片，你會(huì)看到很多復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)在起作用，”劍橋應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的第一作者Laura Cimoli博士說。“在水面之下，有噴流、洋流和波浪——在深海中，這些波浪可以高達(dá)500米，但它們就像海灘上的波浪一樣破裂。
“大西洋在影響全球氣候方面很特別，”劍橋地球科學(xué)系的共同作者Ali Mashayek博士說。“它從上游到深海具有強(qiáng)烈的極對(duì)極環(huán)流。水在水面上的移動(dòng)速度也比在深海中快。
在過去的幾十年里，研究人員一直在調(diào)查AMOC是否可能是北極失去如此多冰蓋的一個(gè)因素，而一些南極冰蓋正在增長(zhǎng)。對(duì)這種現(xiàn)象的一種可能的解釋是，北大西洋海洋吸收的熱量需要幾百年才能到達(dá)南極。
現(xiàn)在，利用遙感，基于船舶的測(cè)量和來自自主浮標(biāo)的數(shù)據(jù)，劍橋領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)，來自北大西洋的熱量可以比以前想象的更快地到達(dá)南極。此外，海洋內(nèi)的湍流 - 特別是大型水下波浪 - 在氣候中起著重要作用。
就像一個(gè)巨大的蛋糕，海洋由不同的層組成，底部是更冷、更稠密的水，頂部是溫暖、更輕的水。海洋內(nèi)的大多數(shù)熱量和碳傳輸都發(fā)生在特定層內(nèi)，但熱量和碳也可以在密度層之間移動(dòng)，將深水帶回地表。
研究人員發(fā)現(xiàn)，小尺度湍流促進(jìn)了地層之間的熱量和碳的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象在氣候模型中沒有完全體現(xiàn)出來。
來自不同觀測(cè)
平臺(tái)的混合估計(jì)顯示，環(huán)流上部存在小規(guī)模湍流的證據(jù)，與海洋內(nèi)波的理論預(yù)測(cè)一致。不同的估計(jì)表明，湍流主要影響與從北大西洋向南移動(dòng)到南大洋的深水核心相關(guān)的密度層類別。這意味著這些水團(tuán)攜帶的熱量和碳很有可能在不同的密度水平上移動(dòng)。
“氣候模型確實(shí)解釋了湍流，但主要是它如何影響海洋環(huán)流，”Cimoli說。“但我們發(fā)現(xiàn)湍流本身至關(guān)重要，并且在海洋吸收多少碳和熱量以及儲(chǔ)存地點(diǎn)方面起著關(guān)鍵作用。
“許多氣候模型對(duì)微尺度湍流的作用過于簡(jiǎn)單化，但我們已經(jīng)證明它很重要，應(yīng)該更加小心地對(duì)待，”Mashayek說。“例如，湍流及其在海洋環(huán)流中的作用可以控制到達(dá)南極冰蓋的人為熱量的數(shù)量，以及發(fā)生這種情況的時(shí)間尺度。
研究表明，迫切需要在全球觀測(cè)陣列上安裝湍流傳感器，并在氣候模型中更準(zhǔn)確地表示小規(guī)模湍流，以使科學(xué)家能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣候變化的未來影響。
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