大西洋副極地海域西邊界變化與翻轉(zhuǎn)環(huán)流的關(guān)系特征

大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(Atlantic meridional overturing circulation,AMOC)是全球環(huán)流系統(tǒng)的重要組分，其基本結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單地刻畫(huà)為上下兩層.AMOC上層分支將海洋表層高溫、高鹽的海水向極地方向輸送，密度相對(duì)較低的海水在北大西洋副極地海域的強(qiáng)烈海氣交互作用下，下沉形成北大西洋深層水，繼而在大西洋中深層向赤道方向流動(dòng)，構(gòu)成AMOC下層分支.然而海洋中的實(shí)際情況要復(fù)雜得多.傳統(tǒng)觀點(diǎn)基于理論和氣候模式，認(rèn)為位于北大西洋副極地的拉布拉多海是驅(qū)動(dòng)AMOC變異的關(guān)鍵海域；拉布拉多海深海對(duì)流過(guò)程形成的深層密度異常沿大西洋西邊界向低緯度傳輸，通過(guò)影響深層西邊界流的強(qiáng)弱調(diào)控AMOC由高緯度到低緯度的連續(xù)變化，形成“海洋輸送帶”；但由于缺乏現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)依據(jù)，AMOC與深海對(duì)流的具體聯(lián)系，以及后者是否且如何驅(qū)動(dòng)“海洋輸運(yùn)帶”等科學(xué)問(wèn)題仍亟待解決[1].

廈門(mén)大學(xué)李非栗教授課題組聯(lián)合來(lái)自北大西洋副極地AMOC觀測(cè)項(xiàng)目(Overturning in the Subpolar North Atlantic Program，OSNAP；http:∥www.o-snap.org)的研究團(tuán)隊(duì)，使用最新的跨大西洋、全水深觀測(cè)記錄構(gòu)建了2014—2018年間北大西洋副極地海域的月平均MOC時(shí)間序列(圖1)[2].分析發(fā)現(xiàn)在拉布拉多海深層對(duì)流強(qiáng)度發(fā)生較大變化的4年間，整個(gè)拉布拉多海的MOC強(qiáng)度相對(duì)較弱(約2×106m3/s)且無(wú)明顯年際變化，支持OSNAP前期的研究結(jié)果[3-4]，即MOC主要發(fā)生在格陵蘭島以東的東副極地海域；觀測(cè)記錄顯示后者可以解釋82%的AMOC方差，且其4年平均強(qiáng)度(1.68×107m3/s)是拉布拉多海的8倍左右.

圖1 基于OSNAP陣列估算得到的拉布拉多海、東副極地海域以及跨大西洋的MOC月平均強(qiáng)度

該研究進(jìn)一步指出了拉布拉多海西邊界深層密度變化的來(lái)源.前人研究認(rèn)為該邊界密度信號(hào)是由拉布拉多海內(nèi)部深層對(duì)流過(guò)程產(chǎn)生，并通過(guò)地轉(zhuǎn)平衡改變深層西邊界流強(qiáng)度，驅(qū)動(dòng)AMOC強(qiáng)度變化.然而通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，西邊界流密度變化信號(hào)除了受拉布拉多海中心海域深層對(duì)流的影響外，還受邊界流系統(tǒng)本身以及上游伊爾明厄海的密度異常調(diào)控.正因?yàn)槲鬟吔缌髯兓膹?fù)雜性，所以將西邊界流強(qiáng)度與AMOC變化進(jìn)行直接相關(guān)的傳統(tǒng)做法存在較大不確定性.相較而言，模式模擬中西邊界流以及拉布拉多海深層對(duì)流與AMOC存在的強(qiáng)相關(guān)性，可能在于模式中存在溫度、鹽度模擬偏差以及缺乏海洋深層環(huán)流在海盆內(nèi)部的輸送路徑[5].

該研究為OSNAP項(xiàng)目系列成果之一，近期于NatureCommunications雜志在線發(fā)表，為理解AMOC屬性特征提供了新的觀測(cè)證據(jù)，對(duì)于深入認(rèn)識(shí)AMOC運(yùn)行機(jī)制及變異特性具有重要意義.