Atlantic meridional omkastningscirkulation - Atlantic meridional overturning circulation

"AMOC" omdirigerar här. För annan användning, se AMOC (disambiguation) .
Topografisk karta över Nordiska haven och subpolära bassänger med ytströmmar (fasta kurvor) och djupa strömmar (streckade kurvor) som utgör en del av den atlantiska meridional omkastningscirkulationen. Färger på kurvor indikerar ungefärliga temperaturer.

Den atlantiska meridionala vältcirkulationen ( AMOC ) är den zonalt integrerade komponenten av yt- och djupströmmar i Atlanten . Det kännetecknas av ett nordligt flöde av varmt, salt vatten i de övre skikten av Atlanten och ett flöde söderut av kallare, djupa vatten som ingår i termohalincirkulationen . Dessa "lemmar" är kopplade till regioner med vältning i Norden och Labradorhavet och södra oceanen . AMOC är en viktig komponent i jordens klimatsystem , och är ett resultat av både atmosfäriska och termohalinförare.

Allmän

Nordflödesflödet transporterar en betydande mängd värmeenergi från tropikerna och södra halvklotet mot Nordatlanten, där värmen förloras till atmosfären på grund av den starka temperaturgradienten. När vattnet tappas blir vattnet tätare och sjunker. Denna förtätning förbinder den varma, ytliga lemmen med den kalla, djupa återgångslemmen vid konvektionsområden i Norden och Labradorhavet . Lemmarna är också länkade i områden med uppväxt, där en divergens av ytvatten orsakar Ekmans sugning och ett uppåtflöde av djupt vatten.

AMOC består av övre och nedre celler. Den övre cellen består av både norrgående ytflöde samt returflöde söderut av North Atlantic Deep Water (NADW). Den nedre cellen representerar flödet av tätt antarktiskt bottenvatten (AABW) norrut - detta badar det avgrundliga havet.

AMOC utövar en stor kontroll på havsnivån i Nordatlanten, särskilt längs Nordostkusten i Nordamerika. Enastående AMOC -försvagning under vintern 2009–10 har varit inblandad i en skadlig 13 cm havsnivåhöjning längs New Yorks kust.

Det kan finnas två stabila tillstånd för AMOC: en stark cirkulation (sett under de senaste årtusenden) och ett svagt cirkulationsläge, som antyds av atmosfär-havs kopplade allmänna cirkulationsmodeller och jordsystemmodeller av mellanliggande komplexitet . Ett antal jordsystemmodeller identifierar dock inte denna bistabilitet.

AMOC och klimat

Netto värmetransporten norrut i Atlanten är unik bland de globala haven och ansvarar för den relativa värmen på norra halvklotet. AMOC bär upp till 25% av den nordliga globala atmosfären och havsvärmetransporten på norra halvklotet. Detta anses allmänt förbättra klimatet i Nordvästeuropa, även om denna effekt är föremål för debatt.

Förutom att fungera som en värmepump och kylfläns med hög latitud är AMOC det största kolsänket på norra halvklotet och lägger ned ∼0,7 PgC/år. Denna bindning har betydande konsekvenser för utvecklingen av den antropogena globala uppvärmningen - särskilt med avseende på den senaste och beräknade framtida nedgången i AMOC -kraft.

Senaste nedgången

Paleoklimatrekonstruktioner stöder hypotesen att AMOC har genomgått en exceptionell försvagning under de senaste 150 åren jämfört med de tidigare 1500 åren, liksom en försvagning på cirka 15% sedan mitten av 1900-talet. Direkta observationer av AMOC: s styrka har endast varit tillgängliga sedan 2004 från in situ förtöjningsarrangemang vid 26 ° N i Atlanten, vilket endast lämnar indirekta bevis på det tidigare AMOC -beteendet. Medan klimatmodeller förutsäger en försvagning av AMOC under globala uppvärmningsscenarier, är storleken på observerad och rekonstruerad försvagning i oförmåga med modellprognoser. Den observerade nedgången under perioden 2004–2014 var en faktor 10 högre än den som förutses av klimatmodeller som deltar i fas 5 av Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5). Även om observationer av Labradors havsflöde inte visade någon negativ trend från 1997–2009, är denna period sannolikt ett atypiskt och försvagat tillstånd. Förutom en underskattning av nedgångens omfattning har kornstorleksanalys avslöjat en skillnad i den modellerade tidpunkten för AMOC -nedgång efter den lilla istiden .

En studie från februari 2021 i Nature Geoscience rapporterade att föregående årtusende hade sett en oöverträffad försvagning av AMOC, en indikation på att förändringen orsakades av mänskliga handlingar. Dess medförfattare sa att AMOC redan hade bromsat med cirka 15%, och effekterna ses nu: "Om 20 till 30 år kommer det sannolikt att försvagas ytterligare, och det kommer oundvikligen att påverka vårt väder, så vi skulle se en ökning av stormar och värmeböljor i Europa, och havsnivån stiger på USA: s östkust. "

En augusti 2021 -studie i Nature Climate Change analyserade åtta oberoende AMOC -index och drog slutsatsen att systemet närmar sig kollaps.

Effekter av AMOC -nedgång

Effekterna av nedgången och den potentiella avstängningen av AMOC kan inkludera förluster i jordbruksproduktionen, ekosystemförändringar och utlösning av andra klimatvippunkter.

Regioner med vältning

Konvektion och returflöde i Nordiska haven

Låga lufttemperaturer på höga breddgrader orsakar ett betydande havs-luftvärmeflöde, vilket driver en täthetsökning och konvektion i vattenpelaren. Konvektion i öppet hav förekommer i djupa plommon och är särskilt stark på vintern när skillnaden mellan hav och luft är störst. Av de 6 sverdrup (Sv) tätt vatten som rinner söderut över GSR (Greenland-Scotland Ridge) gör 3 Sv det via Danmarks sund som bildar Denmark Strait Overflow Water (DSOW). 0,5-1 Sv flyter över Island-Faroe åsen och de återstående 2–2,5 Sv återvänder genom Faroe-Shetland Channel; dessa två flöden bildar Island Scotland Overflow Water (ISOW). Majoriteten av flödet över Faroe-Shetland-åsen rinner genom Faroe-Bank-kanalen och går snart samman med det som flödade över Island-Faroe-åsen, för att flyta söderut på djup längs den östra flanken av Reykjanesryggen. När ISOW flödar över GSR (Greenland-Scotland Ridge), kommer det turbulent in i vatten med medelhög densitet, till exempel subpolärt läge och Labrador Sea Water. Denna gruppering av vattenmassor rör sig sedan geostrofiskt söderut längs östra flanken på Reykjanes Ridge, genom Charlie Gibbs Fracture Zone och sedan norrut för att ansluta sig till DSOW. Dessa vatten kallas ibland för Nordic Seas Overflow Water (NSOW). NSOW flyter cykloniskt efter ytvägen för SPG (subpolar gyre) runt Labradorhavet och ytterligare medfödda Labrador Sea Water (LSW).

Konvektion är känt för att ha undertryckts på dessa höga breddgrader av havsisskydd. Flytande havsis "täcker" ytan, vilket minskar värmens förmåga att flytta från havet till luften. Detta minskar i sin tur konvektion och djup returflöde från regionen. Sommarens arktiska havsisskydd har genomgått en dramatisk reträtt sedan satellitrekord började 1979, vilket motsvarar en förlust på nästan 30% av istäcket i september på 39 år. Klimatmodellsimuleringar tyder på att en snabb och långvarig isförlust av arktiska is i september sannolikt är sannolik i framtida klimatprognoser från 2000 -talet.

Konvektion och medföljande i Labradorhavet

Karaktäristiskt färskt LSW bildas på mellanliggande djup genom djup konvektion i centrala Labradorhavet, särskilt under vinterstormar. Denna konvektion är inte tillräckligt djup för att tränga in i NSOW -skiktet som bildar Labradorhavets djupa vatten. LSW ansluter sig till NSOW för att flytta söderut ur Labradorhavet: medan NSOW enkelt passerar under NAC vid North-West Corner, behålls en del LSW. Denna avledning och kvarhållande av SPG förklarar dess närvaro och medföljande nära GSR (Greenland-Scotland Ridge) överflöden. De flesta av de omdirigerade LSW delas dock upp före CGFZ (Charlie-Gibbs Fracture Zone) och förblir i västra SPG. LSW-produktionen är starkt beroende av havslufts värmeflöde och årlig produktion varierar vanligtvis från 3–9 Sv. ISOW produceras i proportion till densitetsgradienten över Island-Scotland Ridge och är som sådan känslig för LSW-produktion som påverkar nedströms densitet Mer indirekt är ökad LSW-produktion associerad med en förstärkt SPG och antas vara antikorrelerad med ISOW Detta samspel förvirrar varje enkel förlängning av en minskning av enskilda överströmningsvatten till en minskning av AMOC. LSW-produktion uppfattas ha varit minimal före 8,2 ka-händelsen, med SPG som tros ha funnits tidigare i ett försvagat, icke-konvektivt tillstånd.

Atlanten uppväxt

Av skäl för att bevara massan måste det globala havssystemet uppväma en lika stor volym vatten som det nedsvällda. Uppväxt i själva Atlanten sker främst på grund av kustnära och ekvatoriella uppväxningsmekanismer.

Kustuppväxt uppstår till följd av Ekmans transport längs gränsytan mellan land och en vinddriven ström. I Atlanten förekommer detta särskilt kring kanarieströmmen och Benguela -strömmen . Uppväxt i dessa två regioner har modellerats till att vara i antifas, en effekt som kallas "uppvärmningssåg".

Ekvatoriell uppvärmning sker vanligen på grund av atmosfärisk tvingande och divergens på grund av Coriolis -kraftens motsatta riktning på båda sidor av ekvatorn. Atlanten har mer komplexa mekanismer, såsom migration av termoklinen , särskilt i östra Atlanten.

Uppvällning i södra havet

Nordatlantiskt djupt vatten är främst uppväxt vid den södra änden av Atlanten, i södra oceanen . Denna uppväxt omfattar majoriteten av uppvärmningen som normalt är associerad med AMOC och kopplar den till den globala cirkulationen. På global nivå tyder observationer på 80% av djupvattenupplopp i södra oceanen.

Denna uppvärmning levererar stora mängder näringsämnen till ytan, vilket stöder biologisk aktivitet. Yttillförsel av näringsämnen är avgörande för att havet ska fungera som en kolsänka på långa tidsskalor. Dessutom har uppvärmt vatten låga koncentrationer av upplöst kol, eftersom vattnet vanligtvis är 1000 år gammalt och inte har varit känsligt för antropogena CO2 -ökningar i atmosfären. På grund av dess låga kolkoncentration fungerar denna uppvärmning som en kolsänka. Variabilitet i kolsänket under observationsperioden har studerats noggrant och debatterats. Handfatets storlek uppfattas ha minskat fram till 2002 och sedan ökat fram till 2012.

Efter uppvärmning förstås vattnet att ta en av två vägar: vatten som dyker upp nära havsis bildar i allmänhet tätt bottenvatten och är bunden till AMOC: s nedre cell; vattenytan på lägre breddgrader rör sig längre norrut på grund av Ekman -transport och är engagerad i den övre cellen.

AMOC -stabilitet

Atlantisk vältning är inte ett statiskt inslag i den globala cirkulationen, utan snarare en känslig funktion av temperatur- och salthaltsfördelningar samt atmosfäriska tvinganden. Paleoceanografiska rekonstruktioner av AMOC -kraft och konfiguration har avslöjat betydande variationer över geologisk tid som kompletterar variation som observerats på kortare skalor.

Rekonstruktioner av en "avstängning" eller "Heinrich" -läge i Nordatlanten har väckt oro över en framtida kollaps av vältcirkulationen på grund av globala klimatförändringar. Även om denna möjlighet beskrivs av IPCC som "osannolik" för 2000-talet, döljer en dom på ett ord betydande debatt och osäkerhet om framtidsutsikterna. Fysiken för en avstängning skulle stödjas av Stommel Bifurcation, där ökad sötvattentvångning eller varmare ytvatten skulle leda till en plötslig minskning av vältning från vilken kraften måste minskas avsevärt innan omstart är möjligt.

En AMOC -avstängning skulle drivas av två positiva återkopplingar, ackumulering av både sötvatten och värme i områden med nedbrytning. AMOC exporterar sötvatten från Nordatlanten, och en minskning av vältning skulle fräscha upp vatten och hämma nedströms. I likhet med sin export av sötvatten skiljer AMOC också upp värme i djuphavet i en global uppvärmning-det är möjligt att en försvagad AMOC skulle leda till ökande globala temperaturer och ytterligare skiktning och avmattning. Denna effekt skulle dock dämpas av en samtidig minskning av varmvattentransporten till Nordatlanten under en försvagad AMOC, en negativ feedback på systemet.

Förutom paleoceanografisk rekonstruktion har mekanismen och sannolikheten för kollaps undersökts med hjälp av klimatmodeller. Jordmodeller av mellanliggande komplexitet (EMIC) har historiskt förutspått en modern AMOC att ha flera jämvikt, karakteriserade som varma, kalla och avstängningslägen. Detta står i kontrast till mer omfattande modeller, som förspänner sig mot en stabil AMOC som kännetecknas av en enda jämvikt. Tvivel riktas dock på denna stabilitet genom ett modellerat sötvattenflöde i norrut som strider mot observationer. Ett ofysiskt flöde i norr i modeller fungerar som en negativ feedback på vältning och falskt fördomar mot stabilitet.

För att komplicera frågan om positiva och negativa återkopplingar om temperatur och salthalt är den vinddrivna komponenten i AMOC fortfarande inte helt begränsad. En relativt större roll av atmosfärisk tvingning skulle leda till ett mindre beroende av de termohalinfaktorer som anges ovan och skulle göra AMOC mindre sårbar för temperatur- och salthaltförändringar under global uppvärmning.

Även om en avstängning anses vara "osannolik" av IPCC, bedöms en försvagning under 2000 -talet som "mycket trolig" och tidigare försvagningar har observerats i flera register. Orsaken till framtida försvagning i modeller är en kombination av ytfräschning på grund av förändrade nederbördsmönster i Nordatlanten och glacialsmältning, och växthusgasinducerad uppvärmning från ökad strålning. En modell tyder på att en ökning med 1,2 grader vid polen med stor sannolikhet skulle försvaga AMOC.

Se även

Referenser

  1. ^ a b c Buckley, Martha W. och John Marshall. "Observationer, slutsatser och mekanismer för Atlantic Meridional Overturning Circulation: En översyn." Recensioner av geofysik 54.1 (2016): 5–63.
  2. ^ Goddard, Paul B., et al. "En extrem händelse av havsnivåhöjning längs Nordamerikas nordöstra kust 2009–2010." Nature Communications 6 (2015): 6346.
  3. ^ a b c Boers, Niklas (augusti 2021). "Observationsbaserade tidiga varningssignaler för en kollaps av Atlantic Meridional Overturning Circulation" . Naturens klimatförändringar . 11 (8): 680–688. doi : 10.1038/s41558-021-01097-4 . S2CID  236930519 . Hämtad 5 augusti 2021 .
  4. ^ Bryden, Harry L. och Shiro Imawaki. "Havsvärmetransport." Internationell geofysik. Vol. 77. Academic Press, 2001. 455–474.
  5. ^ Rossby, T. "Nordatlantiska strömmen och omgivande vatten: vid korsningen." Recensioner av geofysik 34.4 (1996): 463–481.
  6. ^ Seager, Richard. "Källan till Europas milda klimat: tanken att Golfströmmen är ansvarig för att hålla Europa anomalt varmt visar sig vara en myt." American Scientist 94.4 (2006): 334–341.
  7. ^ Rhines, Peter, Sirpa Häkkinen och Simon A. Josey. "Är oceanisk värmetransport viktig i klimatsystemet?" Arktiska – subarktiska havsflöden. Springer, Dordrecht, 2008. 87–109.
  8. ^ a b Chen, Xianyao och Ka-Kit Tung. "Den globala ytuppvärmningen förstärks av en svag cirkulation i Atlanten." Nature 559.7714 (2018): 387.
  9. ^ a b c Morrison, Adele K., Thomas L. Frölicher och Jorge L. Sarmiento. "Uppväxt i." Fysik idag 68,1 (2015): 27.
  10. ^ Gruber, Nicolas, Charles D. Keeling och Nicholas R. Bates. "Mellanårig variation i kolat sink i Nordatlanten." Vetenskap 298.5602 (2002): 2374–2378.
  11. ^ a b Thornalley, David JR, et al. "Onormalt svag konvektion av Labradorhavet och Atlanten välter under de senaste 150 åren." Nature 556.7700 (2018): 227.
  12. ^ Caesar, Levke, et al. "Observerade fingeravtryck av ett försvagat Atlanten som störtande cirkulationen." Nature 556.7700 (2018): 191.
  13. ^ Smeed, David, et al. "Nordatlanten befinner sig i ett tillstånd av minskad omkastning." Geophysical Research Letters 45.3 (2018): 1527–1533.
  14. ^ a b c Harvey, Fiona (26 feb 2021). "Atlantcirkulationen är som svagast på ett årtusende, säger forskare" . The Guardian . Hämtad 2021-02-27 .
  15. ^ a b c Srokosz, MA och HL Bryden. "Att observera Atlantic Meridional Overturning Circulation ger ett decennium av oundvikliga överraskningar." Vetenskap 348.6241 (2015): 1255575.
  16. ^ Roberts, CD, L. Jackson och D. McNeall. "Är minskningen 2004–2012 av den atlantiska meridionala vältcirkulationen betydande?" Geofysiska forskningsbrev 41,9 (2014): 3204–3210.
  17. ^ Fischer, Jürgen, et al. "Mellan årlig till dekadal variation i utflödet från Labradorhavet." Geofysiska forskningsbrev 37.24 (2010).
  18. ^ Caesar, L., McCarthy, GD, Thornalley, DJR et al. "Nuvarande Atlantic Meridional Overturning Circulation svagast under förra årtusendet". Nat. Geosci . 14, 118–120 (2021). https://doi.org/10.1038/s41561-021-00699-z
  19. ^ "Förklaring: Nio" vändpunkter "som kan utlösas av klimatförändringar" . Carbon Brief . 2020-02-10 . Hämtad 2021-09-04 .
  20. ^ a b Marshall, John och Friedrich Schott. "Konvektion i öppet hav: observationer, teori och modeller." Recensioner av geofysik 37.1 (1999): 1–64.
  21. ^ Yashayaev, Igor och John W. Loder. "Förbättrad produktion av Labrador havsvatten 2008." Geofysiska forskningsbrev 36.1 (2009).
  22. ^ Rhein, Monika , et al. "Djupt vattenbildning, subpolär gyre och meridional omkastningscirkulation i subpolära Nordatlanten." Deep Sea Research Del II: Topical Studies in Oceanography 58.17 (2011): 1819–1832.
  23. ^ Whitehead, JA "Topografisk kontroll av oceaniska flöden i djupa passager och sund." Recensioner av geofysik 36.3 (1998): 423–440.
  24. ^ Hansen, Bogi, William R. Turrell och Svein Østerhus. "Minskande överflöd från de nordiska haven till Atlanten genom Färöbankens kanal sedan 1950." Nature 411.6840 (2001): 927.
  25. ^ Hakkinen, Sirpa och Peter B. Rhines. "Skiftande ytströmmar i norra norra Atlanten." Journal of Geophysical Research: Oceans 114.C4 (2009).
  26. ^ Boessenkool, KP, et al. "Nordatlantiskt klimat och flödeshastighet i djuphavet förändras under de senaste 230 åren." Geofysiska forskningsbrev 34.13 (2007).
  27. ^ Moffa-Sánchez, Paola och Ian R. Hall. "Variationen i Nordatlanten och dess kopplingar till det europeiska klimatet under de senaste 3000 åren." Naturkommunikation 8.1 (2017): 1726.
  28. ^ Hillaire-Marcel, C., et al. "Frånvaro av djuptvattenbildning i Labradorhavet under den senaste interglaciala perioden." Nature 410.6832 (2001): 1073.
  29. ^ Born, Andreas och Anders Levermann. "Händelsen på 8,2 ka: Abrupt övergång av subpolär gyre mot en modern nordatlantisk cirkulation." Geokemi, geofysik, geosystem 11.6 (2010).
  30. ^ Prange, M. och M. Schulz. "En kustnära uppsvällning vipp i Atlanten till följd av stängningen av Central American Seaway." Geofysiska forskningsbrev 31.17 (2004).
  31. ^ Wang, Li ‐ Chiao, et al. "Dynamik i uppväxande årscykel i ekvatorialatlanten." Geophysical Research Letters 44.8 (2017): 3737–3743.
  32. ^ Talley, Lynne D. "Stängning av den globala vältcirkulationen genom Indiska, Stilla havet och södra oceanerna: Schematik och transporter." Oceanografi 26.1 (2013): 80–97.
  33. ^ DeVries, Tim och François Primeau. "Dynamiskt och observationsbegränsade uppskattningar av vattenmassans fördelningar och åldrar i det globala havet." Journal of Physical Oceanography 41.12 (2011): 2381–2401.
  34. ^ Mikaloff-Fletcher, SE "En ökande kolsänka ?." Science 349.6253 (2015): 1165–1165.
  35. ^ Landschützer, Peter, et al. "Återupplivningen av södra oceanens kolsänka." Science 349.6253 (2015): 1221–1224.
  36. ^ Marshall, John och Kevin Speer. "Stängning av den meridionala vältcirkulationen genom södra havets uppväxt." Nature Geoscience 5.3 (2012): 171.
  37. ^ dos Santos, Raquel A. Lopes, et al. "Glacial -interglacial variation i atlantisk meridional omkastningscirkulation och termoklinjusteringar i det tropiska Nordatlanten." Earth and Planetary Science Letters 300.3–4 (2010): 407–414.
  38. ^ Bond, Gerard, et al. "Ihållande solpåverkan på det nordatlantiska klimatet under Holocen." Science 294.5549 (2001): 2130–2136.
  39. ^ Ninnemann, Ulysses S. och David JR Thornalley. "Den senaste naturliga variationen i Island Scotland Overflows på dekadala till tusenåriga tidsskalor: ledtrådar från osen." US CLIVAR Variations 14.3 (2016): 1–8.
  40. ^ a b Liu, Wei, et al. "Översatt möjligheten till en kollapsad Atlantic Meridional Overturning Circulation i värmande klimat." Vetenskapliga framsteg 3.1 (2017): e1601666.
  41. ^ Stommel, Henry. "Termohalinkonvektion med två stabila flödesregimer." Tellus 13.2 (1961): 224–230.
  42. ^ Dijkstra, Henk A. "Karakterisering av den multipla jämviktsregimen i en global havsmodell." Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography 59.5 (2007): 695–705.
  43. ^ Rahmstorf, S. (2002). Havscirkulation och klimat under de senaste 120 000 åren. Nature, 419 (6903): 207
  44. ^ Drijfhout, Sybren S., Susanne L. Weber och Eric van der Swaluw. "MOC: s stabilitet diagnostiseras från modellprognoser för förindustriellt, nuvarande och framtida klimat." Climate Dynamics 37.7–8 (2011): 1575–1586.
  45. ^ Hofmann, Matthias och Stefan Rahmstorf. "Om stabiliteten i den atlantiska meridionala vältcirkulationen." 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" [Forskaren förutspådde uppkomsten av Sibiriska havet. Vem kommer att översvämmas?]. «В мире науки» (på ryska) . Hämtad 5 januari 2021 .

externa länkar