一个世纪以来，学童们一直被教导说，被称为墨西哥湾暖流的大规模洋流将温暖的水从热带大西洋带到欧洲西北部。当它到达时，水加热了上方的空气。那空气向内陆移动，使欧洲的冬季比美国东北部的冬季温和。
现在可能是时候放弃那个简洁的故事了。对全球气候的浓厚兴趣促使科学家们密切研究墨西哥湾暖流的气候影响，结果却发现这些影响并不像传统观点所认为的那样明确。基于模型工作和海洋数据，对于为什么北欧的冬天通常没有美国东北部和加拿大同纬度地区那么寒冷，已经出现了新的解释——而且这些模型在墨西哥湾暖流的作用上存在分歧。其中一种解释也提供了关于为什么美国西北部的冬天比太平洋彼岸的俄罗斯东部地区更温暖的见解。
与此同时，最近的研究一直在质疑几年前流行的猜测，即北极冰融化可能会“关闭”墨西哥湾暖流，从而严重破坏欧洲的天气。然而，这些研究确实表明，气候变化至少可能影响墨西哥湾暖流的强度，这可能会减轻全球变暖对北欧的影响。
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相互竞争的理论
全球范围内的气候变化主要源于地球的球形。由于太阳光线在较低纬度更垂直于地球表面，因此单位面积的热量比在高纬度地区更多。这种差异加热导致盛行的大气风，其不稳定性将热量从热带地区重新分配到两极。海洋覆盖了地球的 70%，也在这种重新分配中发挥着重要作用。海洋上层两米储存的太阳热量比海洋上方的整个大气层都多，因为一立方米水的比热容（决定储热能力的属性）大约是相同体积空气的 4,000 倍（大约是土壤的四倍）。中纬度海洋上层 100 至 200 米的水温一年内可能变化 10 摄氏度，与大气或陆地相比，储存和释放大量的热量。而且由于洋流（如墨西哥湾暖流）在全球范围内移动水，夏季在一个地区获得的热量稍后可以在数千公里外释放到大气中。
鉴于这种运动和海洋储存热量的能力，很容易假设洋流可能是造成爱尔兰冬季气温（大约在北纬 50 度）比大西洋彼岸纽芬兰同纬度地区高出近 20 摄氏度的原因。同样，太平洋东部温哥华附近北纬 50 度地区的气温比俄罗斯堪察加半岛南端同纬度地区的气温高出约 20 摄氏度。
19 世纪，地理学家和海洋学家马修·方丹·莫里是第一个将西北欧相对温和的气候归因于墨西哥湾暖流的人。这条强大的洋流沿着美国东南海岸向北流动，是来自亚热带和热带的温暖水域的产物。在大约北卡罗来纳州哈特拉斯角纬度，墨西哥湾暖流转向东北方向，流入大西洋。莫里推测，墨西哥湾暖流为流经大西洋向西北欧移动的西风带提供了热量。他还推测，如果墨西哥湾暖流的强度以某种方式减弱，冬季风将变得更加寒冷，欧洲将经历北极式的冬季。多年来，莫里的观点几乎成为不证自明的公理——而且直到最近，它也基本上未经检验。
然而，十年前，哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的理查德·西格及其同事对欧洲较温暖的冬天提出了与墨西哥湾暖流无关的解释。西格的模型研究表明，当从西向东环绕地球流动的大气急流撞击落基山脉时，它开始南北振荡。这种振荡产生从西北方向流过大西洋盆地西侧的风，以及从西南方向流过大西洋东侧的风。西北风将寒冷的陆地空气带到美国东北部，而西南风则将温暖的海洋空气带到欧洲西北部。
在这种观点看来，缓和欧洲气候的不是墨西哥湾暖流携带的热量。相反，夏季储存在欧洲海岸附近海洋上层 100 米的热量，在冬季西南风混合地表海水时释放到大气中。在这种情况下，莫里的经典猜想是不正确的：山脉引导的大规模风型，加上欧洲附近海洋对热量的局部储存，决定了大西洋东西两侧之间的温差[参见下两页的方框]。
重要的是要记住，西格的模型模拟并未明确考虑海洋对热量的输送，华盛顿大学的彼得·莱因斯和美国宇航局戈达德太空飞行中心的西尔帕·哈基宁在西格的研究之后不久发布的一项研究中解决了这个问题。他们提出了一个反驳论点，为莫里的历史观点提供了一些现代支持。在检查了存档的海面温度数据后，两位海洋学家得出结论，北欧纬度地区东大西洋上层储存的热量仅足以维持平均年份 12 月的温和气温。冬季剩余时间缓和气候所需的额外热量必须从其他地方输入。最有可能的来源：向东北方向流动的墨西哥湾暖流。
测量结果表明，在北纬 35 度（大致北卡罗来纳州的纬度），北大西洋向北输送约 0.8 拍瓦的热量，其中大部分通过墨西哥湾暖流输送。然而，在北纬 55 度（加拿大拉布拉多的纬度），这种向极地的热量输送可以忽略不计。所有的热量都去哪儿了？莱因斯和哈基宁认为，热量是由海洋沿着墨西哥湾暖流的路径释放到大气中的。然后盛行风将热量向东输送，在那里缓和了欧洲的气候。莱因斯和哈基宁基本上支持莫里的墨西哥湾暖流猜想，而西格则反对它，重点关注大气急流的作用。
2011 年，现在以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的约海·卡斯皮和加州理工学院的塔皮奥·施耐德揭示了第三种观点，该观点基于大气和海洋的新型数值实验。他们认为西格和莱因斯的情景都有一定的道理，但主要集中在大气压模式上。卡斯皮和施耐德的模型表明，墨西哥湾暖流离开美国东海岸的路径上，海洋向大气散失热量，会在东部（即大西洋的欧洲一侧）产生一个静止的大气低压系统。它还在西部（即北美大陆的东缘）产生一个静止的高压系统。由于复杂的原因，这种模式的最终结果是，静止的低压系统通过急流的西南风向西欧输送暖空气，西南风吸收了墨西哥湾暖流整个冬天释放的热量。静止的高压系统从北极吸入冷空气，使北美东部变冷，并增加了北美和欧洲之间的温差。
因此，大西洋两岸气候的差异不仅是因为西欧变暖，还因为北美东部变冷。这两个地区都具有各自的特征温度，这是因为墨西哥湾暖流附近海洋热量散失建立的大气环流模式。
然而，建立这种环流所需的墨西哥湾暖流的热量散失量不能仅通过中大西洋在夏季获得的热量来维持。还需要墨西哥湾暖流从较低纬度输送的热量。从这个意义上说，卡斯皮和施耐德对莫里早期的观点表示了一定的认可。虽然大气低压和高压系统的形成无需调用落基山脉对急流的影响，但这项新工作确实突出了西南风在为欧洲带来温暖方面的重要性。
有趣的是，卡斯皮-施耐德模型还可以解释为什么俄勒冈州西部、华盛顿州和不列颠哥伦比亚省的冬天比堪察加半岛忍受的冬天温和得多。这种跨太平洋的对比从未归因于黑潮（太平洋中墨西哥湾暖流的对应物）的存在，主要是因为太平洋是一个更大的海洋，而且黑潮在大部分地区都比墨西哥湾暖流弱得多。然而，卡斯皮-施耐德的结果表明，黑潮上空的热量散失可能会诱导一个类似于大西洋墨西哥湾暖流附近的静止大气压系统。该系统将通过那里的西北风向亚洲西北部输送寒冷的极地空气，而西南风将向美国太平洋海岸北部输送较温暖的空气。
关闭墨西哥湾暖流
关于哪个模型是正确的，目前还没有定论，尽管卡斯皮-施耐德的情景似乎是合理的。莫里猜想的第二部分——墨西哥湾暖流的停止将导致西北欧的冬季更加强烈——最近也引起了相当大的兴趣。多年来，墨西哥湾暖流在气候变化中的作用一直被定义为这个问题：如果气候变暖融化了北极冰，那么进入北大西洋的过量淡水是否会减少那里的翻转环流，关闭墨西哥湾暖流，并夺走西北欧重要的热源？
翻转环流包括北大西洋的温暖上层水向北极移动，以及寒冷的深层水向赤道移动。这些浅层和深层洋流通过拉布拉多海和北欧海高纬度地区的地表水下沉或下沉，以及全球盆地其他地方的深层水上升或上升到地表，连接形成某种传送带。本质上，在北大西洋北部下沉的冷水被全球海洋其他地方上升的相对温暖的地表水所取代。
在许多气候变暖情景中，北极冰融化会向高纬度海洋添加大量淡水。由于淡水比海水含盐量低（因此密度也较低），因此可能不会下沉——因此，为翻转环流的深层洋流提供动力的下沉将被抑制。在这种情况下，将不再需要温暖的深层水在其他地方上升，因为将没有下沉来补偿；因此，由于没有新的暖水上升到地表，这种水的向北流动——墨西哥湾暖流——可能会减弱。其他情景认为，高纬度地区的淡水添加将使墨西哥湾暖流向南转移或减弱其强度。无论哪种情况，减弱或转移的墨西哥湾暖流都将为欧洲冬季提供更少的热量。许多模型强烈预测，翻转环流的减少与北大西洋和西北欧随后的降温有关。
然而，最近对洋流进行更高分辨率建模的研究表明，北极融化的淡水可能主要流入更靠近海岸线的洋流，因此对主要发生下沉的开阔海洋影响较小。即使淡水显着影响了北大西洋下沉的水量，但事实证明，这种变化极不可能有效地关闭墨西哥湾暖流。关闭的可能性不大，因为墨西哥湾暖流的路径和强度在很大程度上取决于大规模中纬度风的速度和方向。在大多数气候变化情景中，随着北极冰融化，大规模风的总体方向不会发生显着变化，因此墨西哥湾暖流的总体路径和强度也不会发生太大变化。然而，墨西哥湾暖流的东北延伸部分——将温暖的上层水带到亚极地地区的相对较小的分支——可能会被破坏。因此，证据的权重表明墨西哥湾暖流将持续存在，但尚不清楚在不同的气候情景下会有多少墨西哥湾暖流的水向北输送。
更多数据，更高分辨率
目前，关于气候变化将如何影响欧洲天气的答案主要来自模型实验。尽管如此，这些实验仍存在相当大的不确定性，只有通过来自海洋的更广泛数据才能消除这些不确定性。来自开阔海洋的观测资料很少有超过一个世纪的，而我们只有过去 30 年左右的卫星数据。
科学家们最近通过 Argo 项目在改进海洋数据库方面取得了相当大的进展，Argo 项目是对来自全球 3,000 多个分散式漂浮传感器的温度和盐度测量进行的持续全球收集。Argo 阵列由美国和 30 多个其他国家部署和运营，使科学家能够近乎实时地绘制全球海洋上层 2,000 米的温度和盐度图。完整的阵列已经到位不到十年，我们才刚刚开始有效地利用它来检查大气变化与大规模海洋变化之间的联系。
例如，斯克里普斯海洋学研究所的迪恩·罗米奇和约翰·吉尔森将 Argo 数据与 20 世纪 80 年代的海洋观测资料进行了比较，结果表明，过去 20 年里，海洋上层几百米的水温升高了约 0.2 摄氏度。全球海洋上层盐度也略微增加了 0.1%——然而，在几百米以下，海水似乎比过去几十年要淡得多。这些变化是否足以改变欧洲或其他任何地方的气候仍然是一个悬而未决的问题，但我们现在从 Argo 获得的数据提供了一些线索。为了使地球既不升温也不降温，来自太阳的热量输入必须等于从地球辐射回太空的热量。大气中温室气体的积累显然正在破坏这种平衡。观测到的海洋上层升高 0.2 摄氏度与每平方米大约一瓦特的入射太阳辐射超过出射辐射是一致的。
我们改进后的海洋观测站的早期结果为气候理论和模型提供了强大的输入。这些结果也暗示了未来几十年可能实现的目标。在未来 10 年中，随着科学家们并排检查来自卫星的海面数据、计算机模型以及来自 Argo 的更长期的地下数据记录，他们应该能够以新的精度评估海洋在气候中的作用。到那时，我们可能最终能够确定墨西哥湾暖流将如何影响我们这个水行星上的气候变化。