大尺度海洋环流是地球物质和能量再分配的主要方式
观点速读：
■ 自20世纪90年代以来，受海表风速加快驱动，全球平均海洋环流存在显著加速趋势，平均每十年增加15%。
■ 温室气体排放在驱动全球平均海表风场和全球平均海洋环流加速过程中发挥着重要作用。
■ 由于不同海域的海洋环流存在显著差异，某一特定海域或者某一特定海洋环流对气候变暖的响应有明显差别。
■ 在当前的主要气候模式中，海洋环流的变化并未得到充分体现，需加强气候模式对海洋动力过程的模拟。
自工业革命以来，人类活动持续排放的温室气体导致地球能量收支失衡，其中90%以上的新增热量被海洋吸收，致使海洋持续变暖。作为地球气候系统的主要“储热器”，海洋将表层长期增暖的大量额外热量转移至中深层区域。
高纬度地区冰冷、含盐量高的海水流向低纬度海洋，低纬度的高温洋流则向极地方向流动，形成全球热量的“交换机”。如果将海洋中各种各样的环流投射到全球平面图上，就会发现海洋环流正是联系世界大洋的“纽带”。
大尺度海洋环流是地球物质和能量再分配的主要方式，在调节海洋环境和气候系统方面具有至关重要的作用。例如，大西洋经向翻转环流将大量的热量向北输送到极地和副极地地区，从而对欧洲和北美的气候产生重要影响。
海洋环流加速背后的“推手”
Q:海洋变暖后，全球海洋环流系统又将如何变化？
研究发现，自20世纪90年代以来，全球海洋动能平均每十年增加15%，这表明全球平均海洋环流呈显著加速趋势。这种大尺度海洋动能增加主要集中在全球热带海域，并且延伸至数千米的深海。
每一支海洋环流主流系的水量都与世界上所有河流流量的总和相当，因此驱动海洋环流加速需要巨大的能量。
Q:那么海洋是从何处获取能量的呢？
分析结果表明，这种延伸至深海的海洋环流加速主要是由行星尺度的海表面风加速引起的。近年来，海表风速加快，平均每十年增加近2%。
由于风力是驱动海洋环流的主要动力之一，因此海表风加速导致了平均海洋环流加速。
“引起风速变化的根本原因既包括自然振荡，也包括外强迫 （比如人类活动释放的温室气体）。但几乎可以肯定的是，温室气体的持续排放在其中扮演了非常重要的角色。”中国科学院海洋研究所研究员胡石建说。
通过比较IPCC历史情景下和未来温室气体高排放情景下（RCP8.5） 的全球平均风速发现，温室气体排放增加可导致全球平均风速显著加快，这表明温室气体排放在驱动全球平均风场和全球平均海洋环流加速过程中发挥着重要作用。
例如，在南半球，臭氧层的消耗和温室效应引起的升温改变了大气环流，将南大洋西风向南推，导致南极洋流轻度增强和扩散。同时，变暖的热带大西洋的热量推动了驱动太平洋信风的沃克环流。
根据模式预测，在RCP8.5情景下，全球平均海表风速呈持续增强趋势，这意味着海洋环流在这种高排放情景下会有持续的加速动力。然而，环流是否持续加速，取决于环流热输运的抵消效应与气候变暖加剧导致的梯度增大效应之间的竞争平衡。
并非所有海洋环流都在加速
值得注意的是，由于不同海域的海洋环流存在显著的区域差异，某一特定海域或者某一特定海洋环流对气候变暖的响应具有明显差别。例如，安格拉斯流自20世纪90年代以来并无加速趋势。
以往大量古气候数据和数值模拟结果显示，在全球变暖背景下，大西洋经向翻转环流（以下简称AMOC），包括墨西哥湾流将减弱甚至停滞，进而引起北大西洋地区急剧降温。AMOC是大洋热盐环流传送带的重要组成部分，将北大西洋低纬度的高温、高盐水向北输送至高纬度地区。
气候模式模拟结果显示，如果北大西洋表层水的密度因气候变暖或盐度下降而减小，那么经向翻转环流的强度将减弱。在所有气候模式的预估中，盐度大幅度持续下降都有可能导致经向翻转环流大大减弱，甚至完全中断。
这种情况在历史上的确发生过：在19世纪中叶，寒冷的小冰河期行将结束，在北极地区周围形成的海冰、冰盖和冰川开始融化，形成一股巨大的淡水流，涌入北大西洋。大量淡水的流入稀释了表层海水，使其变得更轻，更不容易下沉至海底深处，最后导致大西洋经向翻转环流系统运转速度放慢。
“关于AMOC是否已显著减缓目前还没有定论。”胡石建说，事实上，直接观测数据显示AMOC并未显著减弱，自1990年以来其强度基本保持稳定，研究AMOC的气候效应还需要更长的时间序列数据。
目前，人类仍然缺乏对地球海洋环流的系统性连续性直接观测。历史上对全球海洋环流的观测多数集中在一些特定的区域和特定的时间段，海洋环流的区域性差异导致难以用这些特定的观测来监测分析地球环流系统整体的变化。
海洋环流加速是好事还是坏事？
Q:海洋环流加速后将带来哪些变化呢？
首先，海洋环流加速，意味着海洋对热量进行再分配的过程加速。更强大的热带洋流能把更多温暖海水带到高纬度地区，北极冰川的融化速度可能会因此加快。高纬度地区变暖也可能改变天气模式，影响区域气候。
其次，海洋环流加速有可能导致热量在垂直方向上交换增强，更多热量进入深海，增加海洋深处的热量储存，帮助减缓陆地变暖。此外，由于二氧化碳在温水中溶解度较低，可能会削弱海洋对大气二氧化碳的吸收作用。
最后，海洋环流加速可能会对海洋生态系统、渔业资源等产生重要影响。有研究表明，某些鱼类的产卵和繁殖过程可能会在环流加速的影响下发生重要变化，一些生物的食物来源也会不同程度受到影响。
Q:既然海洋环流在调节地球气候中发挥着重要作用，那么，其加速后对于海洋孕育而成的飓风或台风会有影响吗？
事实上，海洋环流与飓风、台风等并无显著的直接关系，但是会通过海气界面过程间接联系在一起。海洋环流加速可能会引起海表温度场的变化，从而对台风的强度和路径产生影响。例如，增强的西边界流可能导致中高纬度加速增暖，从而改变台风/飓风的路径和所能到达的纬度范围。
此外，海洋环流加速可能使海洋水文环境（比如盐度） 发生变化，进而影响台风发生发展过程。有研究显示，热带西北太平洋上层海洋盐度降低最终将导致极端台风强度增强。
在当前的主要气候模式中，海洋环流的变化并未得到充分体现。
“目前多数气候模式还难以在历史气候模拟试验中再现海洋环流的加速趋势，这说明我们需要加强模式对海洋动力过程的模拟。如果这部分发生较大偏差，那么最后模式得出的结果可能与实际情况大相径庭。”胡石建说。
