氣候謎團：科學家揭開大西洋「輸送帶」減速的神秘停滯現象

自2010年代初以來，大西洋經向翻轉環流（AMOC）的減弱趨勢已暫停。美國海洋大氣局大西洋海洋學和氣候學實驗室（AOML）的科學家近期一項研究發現，在2000年代，大西洋經向翻轉環流（AMOC）經歷了顯著的減弱。然而，自2010年代初起，由於自然變率和人為因素的相互作用，這種衰退趨勢停滯下來。

AMOC是全球海洋輸送帶的關鍵部分，全球海洋輸送帶是一個龐大的環流系統，能在整個海洋中運輸熱量、鹽分、碳和其他生物地球化學元素。作為全球熱量分佈、鹽度、營養物質迴圈和碳儲存的重要調節器，AMOC在塑造區域氣候、海平面和海洋生態系統方面扮演著至關重要的角色。

目前最先進的氣候模型顯示，自1980年代中期以來，人為因素導致的AMOC減弱一直在發生。然而，過去二十年的直接觀測記錄卻顯示出AMOC具有顯著的韌性。

為了探究這一矛盾，科學家分析了多個氣候和海洋模型模擬結果以及直接觀測資料。他們發現，2000年代AMOC出現了大範圍的減弱，主要是由人為強迫（即二氧化碳增加和氣溶膠減少）驅動的。然而，自2010年代初以來，由於強烈的正位相北大西洋濤動（NAO）的發展，AMOC的自然成分大幅增強。增強的自然AMOC訊號抵消了人為減弱訊號，導致AMOC減弱趨勢近乎停滯。

該研究的主要作者、AOML海洋學家李相基（Sang-Ki Lee）表示：「北大西洋濤動的年代際變化更有可能是由大氣內部動力學產生的，因此是隨機且不可預測的。因此，自然訊號和人為訊號之間的拉鋸戰可能在未來幾十年繼續，或者北大西洋濤動的位相可能逆轉，從而加劇人為因素導致的AMOC減弱。因此，我們應該探究未來幾十年AMOC狀態的兩種可能情景及其影響。」

儘管本研究未明確探討，但目前最先進的氣候模型，包括本研究分析的模型，均未顯示21世紀AMOC會完全停止運轉。然而，這些模型未能充分反映未來由於陸地冰層融化（即格陵蘭冰蓋以及北極的冰川和冰帽）導致的北大西洋可能變淡的情況。因此，該研究強調了透過納入格陵蘭冰蓋融化的真實情景來改進氣候模型的重要性，以應對AMOC崩塌這種可能性低但影響大的情況。

2024年期間，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的AOML、邁阿密大學海洋和大氣研究合作研究所（CIMAS）以及北灣研究所（NGI）的科學家領導了多項研究，試圖更好地理解AMOC及其長期變化。AMOC強度的變化可能會影響許多全球尺度的氣候現象，如海平面、極端天氣和降水模式，因此瞭解它至關重要。

此外，海洋表層水吸收人為排放的二氧化碳。AMOC的通道隨後將這些二氧化碳推送到深海，這一過程通常被稱為碳封存。因此，北大西洋與AMOC相關的碳下沉佔全球海洋人為碳庫存的很大一部分。因此，海洋封存的人為碳量與AMOC的強度密切相關。

AOML的研究人員去年在理解AMOC方面取得了重大進展。一項由邁阿密大學一名博士生帶領、AOML科學家參與的研究，首次估算了南大西洋22.5°S處AMOC的熱輸送量，強調了持續現場觀測的重要性。該研究使用了一種新的繪圖方法，深入瞭解了南大西洋AMOC的季節性和年際變化。

另一項研究發現，儘管整體AMOC輸送量沒有明顯減弱，但在過去二十年中，北大西洋AMOC的深海（靠近海底）分支已經減弱，導致深海熱含量增加，進而導致該地區海平面上升。

此外，AOML的科學家透過直接觀測發現，海洋中最快的海流之一、AMOC的重要組成部分佛羅裡達海流在過去40年裡一直非常穩定。在這項研究中，科學家重新評估了從海底電纜測量推斷出的佛羅裡達海流輸送量的總體趨勢，發現需要對地球磁場隨時間的逐漸變化進行校正。這一校正幾乎消除了先前記錄中報道的負趨勢，表明佛羅裡達海流在過去四十年裡一直保持穩定。這項研究證明瞭對AMOC進行持續觀測的價值，因為現有的觀測記錄才剛開始揭示與氣候變率和變化相關的年代際尺度訊號。

這些研究強調，要進一步提高我們監測和預測未來AMOC的能力，關鍵是要繼續在多個緯度收集AMOC的觀測資料，加深對相關物理過程的理解，並改進氣候模型。

參考文獻：《自2010年代初以來大西洋經向翻轉環流減弱的停滯》，作者李相基（Sang-Ki Lee）、金東民（Dongmin Kim）、法比安·A·戈麥斯（Fabian A. Gomez）、霍斯梅·洛佩斯（Hosmay Lopez）、丹尼斯·L·沃爾科夫（Denis L. Volkov）、董申富（Shenfu Dong）、裡克·拉姆普金（Rick Lumpkin）和斯蒂芬·耶格（Stephen Yeager），2024年12月6日，《自然通訊》。DOI：10.1038/s41467-024-54903-w