Nature Geoscience | 观测约束揭示未来AMOC减弱幅度有限

论坛搬运工

Observational constraints imply limited future Atlantic meridional overturning circulation weakening

David B. Bonan, Andrew F. Thompson, Tapio Schneider, Laure Zanna, Kyle C. Armour & Shantong Sun

大西洋经向翻转环流（AMOC）是全球气候系统的关键组成部分，其通过热量和盐分的输送调节北大西洋气候，并对北美和西欧的天气产生深远影响。然而，当前气候模式对21世纪AMOC减弱的预估存在显著差异，部分模式甚至预估AMOC可能崩溃。这种不确定性严重限制了未来气候预估的可靠性。

近期发表于Nature Geoscience的研究通过热成风平衡理论结合观测约束，揭示了AMOC减弱的物理机制，并显著降低了预估的不确定性，为理解AMOC的未来变化提供了新视角。

主要结果

该研究基于热成风平衡理论，将AMOC强度与北大西洋的经向密度差（Δρ）和翻转深度（H）联系起来，提出了一个简化的物理表达式：ψ = (g/2ρ₀f₀)⟨Δρ⟩H²。通过线性化分析，AMOC的变化（δψ）可分解为密度差变化（Term A）和翻转深度变化（Term B）的贡献。研究发现，Term B解释了约60%-74%的模式间差异，表明翻转深度的变化是AMOC减弱的主要驱动因素。这一理论框架不仅量化了AMOC的响应机制，还揭示了模式间差异的物理来源。

图1 | 现今与未来AMOC强度之间的关系

研究指出，AMOC减弱的幅度与当前海洋分层状态密切相关。在现今AMOC较强且翻转深度较大的模式中，北大西洋分层较弱，表面浮力通量变化能够更深入海洋内部，导致深层密度变化显著，从而引发更大的AMOC减弱和翻转深度变浅。相反，分层较强的模式则表现出更有限的AMOC减弱。这一机制通过垂直密度剖面分析得到验证，强AMOC模式中，1000-2000米深度的密度变化与表层相当，而弱AMOC模式的变化则集中于表层。

图2 | 控制21世纪末AMOC减弱的因素

研究利用ECCO和RAPID的观测数据对CMIP6模式进行了约束分析。结果显示，无论排放情景如何，21世纪末AMOC的减弱幅度约为3-6 Sv（约18%-43%），远低于部分模式预估的15 Sv。通过物理表达式和线性回归两种方法得到的约束结果高度一致，表明AMOC崩溃的可能性极低。这一结论显著降低了未来气候预估的不确定性，并凸显了准确模拟当前海洋分层状态的重要性。

图3 | 现今与未来北大西洋层结之间的关系

研究强调，AMOC减弱的模式间差异主要源于对当前北大西洋分层的模拟偏差。分层较弱的模式倾向于高估AMOC的减弱幅度，而分层较强的模式则更接近观测约束的结果。这一发现呼吁改进气候模式中海洋过程的表征，尤其是与分层相关的物理机制，例如淡水通量和混合参数化。此外，研究还指出，未来需进一步考察冰盖融化等未充分纳入模式的过程对AMOC的潜在影响。

图4 | 现今与未来AMOC强度关联过程的示意图

图5 | 对21世纪末AMOC减弱的约束

该研究通过热风平衡理论和观测约束，为AMOC的未来变化提供了更可靠的预估框架，并揭示了海洋分层状态的关键作用。其成果不仅推动了物理机制的理解，也为降低气候预估的不确定性提供了新途径。未来研究可进一步探索多时间尺度上AMOC的响应特性，并整合更多观测数据以优化模式性能理解当前气候状态是预估未来变化的基础，也为应对气候变化提供了科学依据。

参考文献

Bonan, D.B., Thompson, A.F., Schneider, T. et al. Observational constraints imply limited future Atlantic meridional overturning circulation weakening. Nat. Geosci. (2025). https://doi.org/10.1038/s41561-025-01709-0

来源：”气候变化研究前言“公众号

           https://mp.weixin.qq.com/s/b0HR6K1cTsfPQGlV0nIUww