Atlantisk meridional væltende cirkulation - Atlantic meridional overturning circulation

"AMOC" omdirigerer her. For anden anvendelse, se AMOC (disambiguation) .
Topografisk kort over de nordiske have og subpolære bassiner med overfladestrømme (faste kurver) og dybe strømme (stiplete kurver), der udgør en del af Atlanterhavets meridionelle vendecirkulation. Farver på kurver angiver omtrentlige temperaturer.

Den atlantiske meridionelle væltende cirkulation ( AMOC ) er den zonalt integrerede komponent af overflade og dybe strømme i Atlanterhavet . Det er kendetegnet ved en nordlig strøm af varmt, salt vand i de øverste lag af Atlanterhavet og en sydlig strøm af koldere, dybe farvande, der er en del af den termohaline cirkulation . Disse "lemmer" er forbundet med områder med væltning i Norden og Labradorhavet og det sydlige ocean . AMOC er en vigtig komponent i Jordens klimasystem og er et resultat af både atmosfæriske og termohaline drivere.

Generel

Overfladen mod nord transporterer en betydelig mængde varmeenergi fra troperne og den sydlige halvkugle mod Nordatlanten, hvor varmen går tabt til atmosfæren på grund af den stærke temperaturgradient. Efter at have mistet varmen, bliver vandet tættere og synker. Denne fortætning forbinder det varme, overfladelem med det kolde, dybe tilbageløbslem i konvektionsområder i Norden og Labradorhavet . Lemmerne er også forbundet i områder med upwelling, hvor en divergens af overfladevand forårsager Ekman -sugning og en opadgående flux af dybt vand.

AMOC består af øvre og nedre celler. Den øvre celle består af nordoverfladegennemstrømning samt returstrømning mod nordatlantisk dybt vand (NADW). Den nederste celle repræsenterer nordgående strøm af tæt Antarktis bundvand (AABW) - dette bader det afgrundsdybe hav.

AMOC udøver en stor kontrol på det nordatlantiske havniveau, især langs den nordøstlige kyst i Nordamerika. Enestående AMOC -svækkelse i løbet af vinteren 2009–10 har været impliceret i en skadelig stigning på 13 cm havniveau langs New York -kysten.

Der kan være to stabile tilstande for AMOC: en stærk cirkulation (set i de seneste årtusinder) og en svag cirkulationstilstand, som foreslået af atmosfære-ocean-koblede generelle cirkulationsmodeller og jordsystemmodeller af mellemliggende kompleksitet . En række jordsystemmodeller identificerer imidlertid ikke denne bistabilitet.

AMOC og klima

Varmetransporten mod nord i Atlanterhavet er unik blandt de globale oceaner og er ansvarlig for den relative varme på den nordlige halvkugle. AMOC bærer op til 25% af den nordlige globale atmosfære-havets varmetransport på den nordlige halvkugle. Dette menes generelt at forbedre klimaet i det nordvestlige Europa, selv om denne effekt er genstand for debat.

Udover at fungere som en varmepumpe og et køleelement med høj breddegrad, er AMOC den største kulstofvaske på den nordlige halvkugle og opsamler ∼0,7 PgC/år. Denne sekvestrering har betydelige konsekvenser for udviklingen af ​​den menneskeskabte globale opvarmning - især med hensyn til det seneste og forventede fremtidige fald i AMOC -styrke.

Seneste tilbagegang

Paleoklimatrekonstruktioner understøtter hypotesen om, at AMOC har gennemgået en exceptionel svækkelse i de sidste 150 år i forhold til de foregående 1500 år, samt en svækkelse på omkring 15% siden midten af ​​det tyvende århundrede. Direkte observationer af AMOC's styrke har kun været tilgængelige siden 2004 fra in situ fortøjningsarrayet ved 26 ° N i Atlanterhavet, hvilket kun efterlader indirekte tegn på den tidligere AMOC -adfærd. Mens klimamodeller forudsiger en svækkelse af AMOC under globale opvarmningsscenarier, er omfanget af observeret og rekonstrueret svækkelse ude af trit med modelforudsigelser. Den observerede tilbagegang i perioden 2004–2014 var en faktor 10 højere end den forudsagt af klimamodeller, der deltager i fase 5 af det koblede model -indbyrdes sammenligningsprojekt (CMIP5). Selvom observationer af Labradorhavs udstrømning ikke viste nogen negativ tendens fra 1997-2009, er denne periode sandsynligvis en atypisk og svækket tilstand. Ud over en undervurdering af faldets størrelse har kornstørrelsesanalyse afsløret en uoverensstemmelse i den modellerede timing af AMOC -fald efter den lille istid .

En undersøgelse i Nature Geoscience fra februar 2021 rapporterede, at det foregående årtusinde havde oplevet en hidtil uset svækkelse af AMOC, en indikation på, at ændringen var forårsaget af menneskelige handlinger. Dens medforfatter sagde, at AMOC allerede var bremset med omkring 15%, og virkninger nu ses: "Om 20 til 30 år vil det sandsynligvis svækkes yderligere, og det vil uundgåeligt påvirke vores vejr, så vi vil se en stigning i storme og hedebølger i Europa, og havniveauet stiger på USA's østkyst. "

Et august 2021 -studie i Nature Climate Change analyserede otte uafhængige AMOC -indekser og konkluderede, at systemet nærmer sig kollaps.

Virkninger af fald i AMOC

Virkningerne af faldet og den potentielle nedlukning af AMOC kan omfatte tab i landbrugsproduktionen, ændringer i økosystemer og udløser andre klimapunkter.

Regioner med væltning

Konvektion og returstrøm i de nordiske hav

Lave lufttemperaturer på høje breddegrader forårsager betydelig hav-luft-varmeflux, der driver en densitetsforøgelse og konvektion i vandsøjlen. Konvektion i åbent hav forekommer i dybe fjer og er særlig stærk om vinteren, når temperaturforskellen mellem hav og luft er størst. Af de 6 sverdrup (Sv) af tæt vand, der løber sydpå over GSR (Greenland-Scotland Ridge), gør 3 Sv det via Danmarksstrædet, der danner Denmark Strait Overflow Water (DSOW). 0,5-1 Sv flyder over Island-Færøeryggen, og de resterende 2–2,5 Sv vender tilbage gennem Færø-Shetlandskanalen; disse to strømme danner Island Scotland Scotland Overflow Water (ISOW). Størstedelen af ​​strømmen over Færø-Shetlands højderyg løber gennem Færø-Bank-kanalen og slutter sig snart til det, der flød over Island-Færø-højderyggen, for at strømme sydpå i dybden langs den østlige flanke af Reykjanes Ridge. Da ISOW overløber GSR (Greenland-Scotland Ridge), medfører det turbulent vand med mellemdensitet, f.eks. Vand i subpolær tilstand og Labrador Sea Water. Denne gruppering af vandmasser bevæger sig derefter geostrofisk sydpå langs den østlige flanke af Reykjanes Ridge, gennem Charlie Gibbs Fracture Zone og derefter nordpå for at slutte sig til DSOW. Disse farvande omtales undertiden som Nordic Seas Overflow Water (NSOW). NSOW flyder cyklonisk efter overfladetruten for SPG (subpolar gyre) rundt om Labradorhavet og yderligere medfører Labrador Sea Water (LSW).

Det er kendt, at konvektion undertrykkes på disse høje breddegrader ved havisdækning. Flydende havis "hætter" overfladen, hvilket reducerer varmens evne til at bevæge sig fra havet til luften. Dette reducerer igen konvektion og dyb returstrøm fra regionen. Sommerens arktiske havisdække har undergået en dramatisk tilbagetrækning siden satellitrekorder begyndte i 1979, hvilket udgjorde et tab på næsten 30% af isdækket i september på 39 år. Klimamodelsimuleringer tyder på, at hurtigt og vedvarende arktisk istab i september sandsynligvis er sandsynligt i fremtidige klimaprojektioner i det 21. århundrede.

Konvektion og medrivning i Labradorhavet

Karakteristisk frisk LSW dannes på mellemdybder ved dyb konvektion i det centrale Labradorhav, især under vinterstorme. Denne konvektion er ikke dyb nok til at trænge ind i NSOW -laget, der danner Labradorhavets dybe vand. LSW slutter sig til NSOW for at bevæge sig sydpå ud af Labradorhavet: mens NSOW let passerer under NAC ved North-West Corner, bevares noget LSW. Denne afledning og fastholdelse af SPG forklarer dens tilstedeværelse og medholdelse nær GSR (Greenland-Scotland Ridge) flyder over. De fleste af de omdirigerede LSW deler sig imidlertid foran CGFZ (Charlie-Gibbs Fracture Zone) og forbliver i den vestlige SPG. LSW-produktionen er stærkt afhængig af hav-luft-varmeflux, og den årlige produktion varierer typisk fra 3–9 Sv. ISOW produceres i forhold til densitetsgradienten på tværs af Island-Scotland Ridge og er som sådan følsom over for LSW-produktion, som påvirker nedstrømstætheden Mere indirekte er øget LSW-produktion forbundet med en styrket SPG og antages at være antikorreleret med ISOW Dette samspil forvirrer enhver simpel forlængelse af en reduktion i individuelle overløbsvande til en reduktion i AMOC. LSW-produktion forstås at have været minimal før 8,2 ka-begivenheden, idet SPG menes at have eksisteret før i en svækket, ikke-konvektiv tilstand.

Atlanterhavsopvækst

Af grunde til bevarelse af masse skal det globale havsystem opløfte en lige stor mængde vand til det nedslidte. Opvækst i selve Atlanterhavet forekommer hovedsageligt på grund af kystnære og ækvatoriale opvæksmekanismer.

Kystopvækst opstår som følge af Ekman-transport langs grænsefladen mellem land og en vinddrevet strøm. I Atlanterhavet forekommer dette især omkring den kanariske strøm og Benguela -strømmen . Opvækst i disse to regioner er blevet modelleret til at være i antifase, en effekt kendt som "upwelling vippe".

Ækvatorial opstandning forekommer generelt på grund af atmosfærisk tvang og divergens på grund af Coriolis -kraftens modsatte retning på hver side af ækvator. Atlanterhavet har mere komplekse mekanismer, såsom migration af termoklinen , især i det østlige Atlanterhav.

Opvækst i det sydlige hav

Nordatlantisk dybt vand er først og fremmest oppad i den sydlige ende af Atlanterhavets tværsnit i det sydlige ocean . Denne upwelling omfatter størstedelen af ​​upwelling, der normalt er forbundet med AMOC, og forbinder den med den globale cirkulation. På global skala tyder observationer på 80% af dybvandsopløb i det sydlige hav.

Denne opstigning leverer store mængder næringsstoffer til overfladen, hvilket understøtter biologisk aktivitet. Overfladeforsyning af næringsstoffer er afgørende for, at havet fungerer som en kulstofvaske på lange tidspunkter. Opvarmet vand har endvidere lave koncentrationer af opløst kulstof, da vandet typisk er 1000 år gammelt og ikke har været følsomt over for menneskeskabte CO2 -stigninger i atmosfæren. På grund af sin lave kulstofkoncentration fungerer denne opstandning som en kulstofvaske. Variabilitet i kulstofvasken i løbet af observationsperioden er blevet nærstuderet og debatteret. Vaskens størrelse menes at være faldet indtil 2002 og derefter steget indtil 2012.

Efter opvækning forstås vandet at tage en af ​​to veje: vand, der dukker op nær havis, danner generelt tæt bundvand og er forpligtet til AMOC's nedre celle; vandoverfladen på lavere breddegrader bevæger sig længere mod nord på grund af Ekman -transport og er forpligtet til den øvre celle.

AMOC stabilitet

Atlantisk vælte er ikke et statisk træk ved global cirkulation, men derimod en følsom funktion af temperatur- og saltholdighedsfordelinger samt atmosfæriske tvang. Paleoceanografiske rekonstruktioner af AMOC -kraft og konfiguration har afsløret betydelige variationer over geologisk tid, der supplerer variation observeret på kortere skalaer.

Rekonstruktioner af en "lukning" eller "Heinrich" -form i Nordatlanten har givet anledning til bekymringer om et fremtidigt sammenbrud af den væltende cirkulation på grund af globale klimaændringer. Selvom denne mulighed af IPCC beskrives som "usandsynlig" i det 21. århundrede, skjuler en dom på én ord betydelig debat og usikkerhed om udsigten. Fysikken ved en nedlukning ville blive understøttet af Stommel Bifurcation, hvor øget ferskvandstvungning eller varmere overfladevand ville føre til en pludselig reduktion i væltning, hvorfra tvungen skal reduceres betydeligt, før genstart er mulig.

En AMOC -nedlukning ville blive drevet af to positive tilbagemeldinger, ophobning af både ferskvand og varme i områder med nedadgående. AMOC eksporterer ferskvand fra Nordatlanten, og en reduktion i væltning ville forfriske vand og hæmme nedvandning. Ligesom sin eksport af ferskvand, skiller AMOC også varme i dybhavet i et globalt opvarmningsregime-det er muligt, at en svækket AMOC ville føre til stigende globale temperaturer og yderligere stratificering og afmatning. Denne effekt vil imidlertid blive dæmpet af en samtidig reduktion i transporten af ​​varmt vand til Nordatlanten under en svækket AMOC, en negativ feedback på systemet.

Ud over paleoceanografisk rekonstruktion er mekanismen og sandsynligheden for sammenbrud blevet undersøgt ved hjælp af klimamodeller. Jordmodeller af mellemliggende kompleksitet (EMIC'er) har historisk forudsagt en moderne AMOC at have flere ligevægte, karakteriseret som varme, kolde og nedlukningstilstande. Dette er i modsætning til mere omfattende modeller, der bias mod en stabil AMOC præget af en enkelt ligevægt. Der er imidlertid tvivl om denne stabilitet ved en modelleret ferskvandsstrøm mod nord, som er i modstrid med observationer. En ufysisk nordlig flux i modeller fungerer som en negativ feedback på væltning og falsk forspænding mod stabilitet.

For at komplicere spørgsmålet om positive og negative tilbagemeldinger på temperatur og saltindhold er den vinddrevne komponent i AMOC stadig ikke fuldstændig begrænset. En relativt større rolle af atmosfærisk tvang ville føre til mindre afhængighed af de termohalinfaktorer, der er anført ovenfor, og ville gøre AMOC mindre sårbar over for ændringer i temperatur og saltholdighed under global opvarmning.

Selvom en nedlukning anses for "usandsynlig" af IPCC, vurderes en svækkelse i løbet af det 21. århundrede som "meget sandsynlig", og tidligere svækkelser er blevet observeret i flere optegnelser. Årsagen til fremtidig svækkelse i modeller er en kombination af overfladeopfriskning på grund af ændrede nedbørsmønstre i Nordatlanten og gletsjersmeltning og drivhusgas fremkaldt opvarmning fra øget stråling. En model antyder, at en stigning på 1,2 grader ved polen meget sandsynligt ville svække AMOC.

Se også

Referencer

  1. ^ a b c Buckley, Martha W. og John Marshall. "Observationer, slutninger og mekanismer i Atlantic Meridional Overturning Circulation: En gennemgang." Anmeldelser af geofysik 54.1 (2016): 5-63.
  2. ^ Goddard, Paul B., et al. "En ekstrem begivenhed med stigning i havets overflade langs Nordamerikas nordøstkyst i 2009–2010." Nature Communications 6 (2015): 6346.
  3. ^ a b c Boers, Niklas (august 2021). "Observationsbaserede tidlige advarselssignaler for et sammenbrud af Atlantic Meridional Overturning Circulation" . Naturens klimaforandringer . 11 (8): 680–688. doi : 10.1038/s41558-021-01097-4 . S2CID  236930519 . Hentet 5. august 2021 .
  4. ^ Bryden, Harry L. og Shiro Imawaki. "Havets varmetransport." International geofysik. Vol. 77. Academic Press, 2001. 455–474.
  5. ^ Rossby, T. "Den nordatlantiske strøm og omgivende farvande: ved krydset." Anmeldelser af geofysik 34.4 (1996): 463–481.
  6. ^ Seager, Richard. "Kilden til Europas milde klima: Forestillingen om, at Golfstrømmen er ansvarlig for at holde Europa unormalt varmt, viser sig at være en myte." American Scientist 94.4 (2006): 334–341.
  7. ^ Rhines, Peter, Sirpa Häkkinen og Simon A. Josey. "Er oceanisk varmetransport vigtig i klimasystemet?" Arktiske - subarktiske havstrømme. Springer, Dordrecht, 2008. 87–109.
  8. ^ a b Chen, Xianyao og Ka-Kit Tung. "Global overfladeopvarmning forstærket af svag atlantisk cirkulation af Atlanterhavet." Natur 559.7714 (2018): 387.
  9. ^ a b c Morrison, Adele K., Thomas L. Frölicher og Jorge L. Sarmiento. "Opvækst i." Fysik i dag 68,1 (2015): 27.
  10. ^ Gruber, Nicolas, Charles D. Keeling og Nicholas R. Bates. "Årlig variation i det nordatlantiske havs kulstofvaske." Science 298.5602 (2002): 2374–2378.
  11. ^ a b Thornalley, David JR, et al. "Uregelmæssigt svag konvektion af Labradorhavet og Atlanterhavsstyrt i løbet af de sidste 150 år." Nature 556.7700 (2018): 227.
  12. ^ Cæsar, Levke, et al. "Observeret fingeraftryk af en svækkelse af Atlanterhavet, der vælter cirkulation." Nature 556.7700 (2018): 191.
  13. ^ Smeed, David, et al. "Det nordlige Atlanterhav er i en tilstand med reduceret omstilling." Geophysical Research Letters 45.3 (2018): 1527–1533.
  14. ^ a b c Harvey, Fiona (26. februar 2021). "Atlanterhavets cirkulation er den svageste i et årtusinde, siger forskere" . Værgen . Hentet 2021-02-27 .
  15. ^ a b c Srokosz, MA og HL Bryden. "At observere Atlantic Meridional Overturning Circulation giver et årti med uundgåelige overraskelser." Science 348.6241 (2015): 1255575.
  16. ^ Roberts, CD, L. Jackson og D. McNeall. "Er reduktionen i 2004–2012 af Atlanterhavets meridionelle væltende cirkulation betydelig ?." Geophysical Research Letters 41.9 (2014): 3204–3210.
  17. ^ Fischer, Jürgen, et al. "Mellem årlig til dekadal variation i udstrømning fra Labradorhavet." Geofysiske forskningsbreve 37.24 (2010).
  18. ^ Caesar, L., McCarthy, GD, Thornalley, DJR et al. "Nuværende Atlantic Meridional Overturning Circulation svageste i sidste årtusinde". Nat. Geosci . 14, 118–120 (2021). https://doi.org/10.1038/s41561-021-00699-z
  19. ^ "Forklarer: Ni 'vendepunkter', der kan udløses af klimaændringer" . Carbon brief . 2020-02-10 . Hentet 2021-09-04 .
  20. ^ a b Marshall, John og Friedrich Schott. "Konvektion i åbent hav: Observationer, teori og modeller." Anmeldelser af geofysik 37.1 (1999): 1–64.
  21. ^ Yashayaev, Igor og John W. Loder. "Forbedret produktion af Labrador Havvand i 2008." Geofysisk forskning Letters 36.1 (2009).
  22. ^ Rhein, Monika , et al. "Dyp vanddannelse, den subpolare gyre og den meridionale væltende cirkulation i det subpolare Nordatlanten." Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography 58.17 (2011): 1819–1832.
  23. ^ Whitehead, JA "Topografisk kontrol af oceaniske strømme i dybe passager og stræder." Anmeldelser af geofysik 36.3 (1998): 423–440.
  24. ^ Hansen, Bogi, William R. Turrell og Svein Østerhus. "Faldende overløb fra de nordiske have til Atlanterhavet gennem Færøbankens kanal siden 1950." Nature 411.6840 (2001): 927.
  25. ^ Hakkinen, Sirpa og Peter B. Rhines. "Skiftende overfladestrømme i det nordlige Nordatlantiske Ocean." Journal of Geophysical Research: Oceans 114.C4 (2009).
  26. ^ Boessenkool, KP, et al. "Nordatlantisk klima og dybhavsgennemstrømningshastighed ændres i løbet af de sidste 230 år." Geofysisk forskningsbrev 34.13 (2007).
  27. ^ Moffa-Sánchez, Paola og Ian R. Hall. "Nordatlantisk variation og dens forbindelser til det europæiske klima i løbet af de sidste 3000 år." Naturkommunikation 8.1 (2017): 1726.
  28. ^ Hillaire-Marcel, C., et al. "Fravær af dannelse af dybt vand i Labradorhavet i den sidste interglaciale periode." Nature 410.6832 (2001): 1073.
  29. ^ Born, Andreas og Anders Levermann. "Hændelsen på 8,2 ka: Pludselig overgang af det subpolære gyre mod en moderne Nordatlantisk cirkulation." Geokemi, geofysik, geosystemer 11.6 (2010).
  30. ^ Prange, M. og M. Schulz. "En kystopvækst vippe i Atlanterhavet som følge af lukningen af ​​den mellemamerikanske søvej." Geofysisk forskningsbrev 31.17 (2004).
  31. ^ Wang, Li ‐ Chiao, et al. "Dynamik af opvækstårscyklus i det ækvatoriale Atlanterhav." Geophysical Research Letters 44.8 (2017): 3737–3743.
  32. ^ Talley, Lynne D. "Lukning af den globale omkreds i omløb gennem det indiske, stille og sydlige ocean: skematik og transporter." Oceanografi 26.1 (2013): 80–97.
  33. ^ DeVries, Tim og François Primeau. "Dynamisk og observationsmæssigt begrænsede estimater af vandmassefordelinger og aldre i det globale hav." Journal of Physical Oceanography 41.12 (2011): 2381–2401.
  34. ^ Mikaloff-Fletcher, SE "En stigende kulstofvaske ?." Science 349.6253 (2015): 1165–1165.
  35. ^ Landschützer, Peter, et al. "Genoplivningen af ​​det sydlige havs kulstofvaske." Science 349.6253 (2015): 1221–1224.
  36. ^ Marshall, John og Kevin Speer. "Lukning af den meridionale væltende cirkulation gennem ophav i det sydlige hav." Nature Geoscience 5.3 (2012): 171.
  37. ^ dos Santos, Raquel A. Lopes, et al. "Glacial -interglacial variation i atlantisk meridionalt væltende kredsløb og termoklinjusteringer i det tropiske Nordatlanten." Earth and Planetary Science Letters 300.3–4 (2010): 407–414.
  38. ^ Bond, Gerard, et al. "Vedvarende solindflydelse på det nordatlantiske klima under Holocænen." Science 294.5549 (2001): 2130–2136.
  39. ^ Ninnemann, Ulysses S. og David JR Thornalley. "Nylige naturlige variationer i Islands Skotland Overløb på dekadale til årtusinder: Tegn fra osen." US CLIVAR Variations 14.3 (2016): 1–8.
  40. ^ a b Liu, Wei, et al. "Overså muligheden for et kollapset Atlanterhavs Meridional Overturning Cirkulation i opvarmende klima." Videnskab fremskridt 3.1 (2017): e1601666.
  41. ^ Stommel, Henry. "Termohalinkonvektion med to stabile strømningsregimer." Tellus 13.2 (1961): 224–230.
  42. ^ Dijkstra, Henk A. "Karakterisering af det multiple ligevægtsregime i en global havmodel." Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography 59.5 (2007): 695–705.
  43. ^ Rahmstorf, S. (2002). Havcirkulation og klima i løbet af de sidste 120.000 år. Nature, 419 (6903): 207
  44. ^ Drijfhout, Sybren S., Susanne L. Weber og Eric van der Swaluw. "MOC's stabilitet som diagnosticeret ud fra modelfremskrivninger til præindustrielle, nuværende og fremtidige klimaer." Climate Dynamics 37.7–8 (2011): 1575–1586.
  45. ^ Hofmann, Matthias og Stefan Rahmstorf. "Om stabiliteten i den atlantiske meridionelle væltende cirkulation." Proceedings of the National Academy of Sciences (2009): pnas-0909146106.
  46. ^ Чумаков, Валерий (Chumakov, Valery) (24. december 2020). "Ученый предсказал возникновение Сибирского моря. Кого затопит" [Forskeren forudsagde fremkomsten af ​​det sibiriske hav. Hvem vil blive oversvømmet?]. «В мире науки» (på russisk) . Hentet 5. januar 2021 .

eksterne links