近年来，位于北大西洋各处的传感器接收到一个可能令人担忧的信号：沿着北美洲向北推进的热带水域向北极输送热量的过程一直迟缓。如果这种迟缓持续并加深，可能会给整个大洋盆地带来海平面和天气的剧烈变化。
这种向北流动是全球海洋中水、热量和养分更大循环的关键部分。自 20 世纪 80 年代以来，气候科学家一直担心全球气温上升可能会对这个类似传送带的系统造成干扰，并可能产生严重的极端气候后果。美国东海岸的海平面可能会上升，关键渔场可能会因水温飙升而遭受破坏，欧洲的天气模式也可能会发生改变。
过去十年，随着气候模型表明海洋环流系统的这一分支不太可能出现快速减速，这可能会减缓任何后果，这些担忧有所缓解。但是，周三发表在《自然》杂志上的两项新研究表明，海洋传感器最近发现的减弱不仅仅是短期现象，正如一些人认为的那样。相反，它是长期下降趋势的一部分，这使得环流处于几个世纪以来最弱的状态。研究结果表明，气候模型遗漏了关键部分，并且不良影响可能即将来临。
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但是，遗漏了哪些部分可能会决定这一趋势有多令人担忧。国家海洋和大气管理局的海洋和气候建模师托马斯·德尔沃思（未参与该研究）表示，如果模型对北大西洋正在发生的变化不够敏感，“这会使警告级别稍微提高一些”。
大西洋经向翻转环流 (AMOC) 和次极地环流，当 AMOC 减弱时，这里的海水会冷却。图片来源：Nature
运行 AMOC
热带大西洋温暖而高盐的水域沿着美国东部向北移动，然后向西北欧方向移动（这使得不列颠群岛的气候比类似纬度的纽芬兰温暖得多）。随着这部分被称为墨西哥湾流的洋流向北推进，它会冷却并变得更密集，最终下沉，形成所谓的深水，沿着海底向南流向南极洲。
这个被称为大西洋经向翻转环流 (AMOC) 的循环在地球周围的热量以及整个海洋中的养分运输方面起着关键作用。它还有助于将大气中的二氧化碳吸入海洋。在太平洋中，赤道热量向南北极方向输送。但是，伦敦大学学院的古海洋学家、一项新研究的合著者戴维·索恩利表示，在大西洋中，“热量在整个大西洋中向北移动”。南北半球之间由此产生的热量不平衡决定了几个大型气候特征，例如关键热带雨带所在的纬度，这会影响供水、农业降水和热带生态系统的健康。
随着大气中吸热气体水平的升高，全球气温上升，北大西洋降水增加以及陆地上的海冰和冰川融化所带来的淡水涌入可能会扰乱 AMOC。增加的淡水降低了深水形成区域的水密度，从而阻碍并削弱了 AMOC 的整体流动，就像堵塞的水槽一样。这种减缓意味着向北输送的热量减少，导致格陵兰岛下方的区域海洋温度较低，美国东海岸附近的温度较高。这种变暖导致海岸沿线的海平面升高，并提高了鳕鱼和龙虾等具有经济价值的喜冷物种的海洋温度。
波茨坦气候影响研究所 (PIK) 的博士生、另一项新研究的合著者莱夫克·凯撒表示，有一些迹象表明，格陵兰岛下方的寒冷点可以通过一种将暖空气引入欧洲的方式来改变大气模式，从而增加持续夏季热浪的可能性。PIK 的同一研究的合著者斯特凡·拉姆斯托夫认为，AMOC 减缓导致的海洋温度变化也可能会有助于锁定美国东部较冷的冬季条件，尽管这方面的证据尚不明确。
直到 10 多年前，科学家们还没有对 AMOC 进行任何直接测量，以了解它实际上是如何响应气候变化的。横跨大西洋盆地的 RAPID 仪器阵列（英国和美国赞助的快速气候变化计划的简称）的部署使得数据得以缓慢涌入，“他们已经揭示它正在减弱”，索恩利说。但是，短暂的数据窗口无法提供长期视角。当第一批数据出现时，科学家认为这种减弱可能是由气候的自然波动引起的暂时性变化，但也意识到这可能是长期下降的一部分。
来自过去的线索
为了帮助解决不确定性，参与新研究的团队转向了所谓的古气候标记，这些标记可以捕捉地球过去的气候变化，以了解这些近期变化如何适应。索恩利及其同事使用了从美国东海岸沿岸海底采集的沉积物岩芯，以揭示与 AMOC 相关的深海洋流如何随着时间的推移而变化；较强的洋流会沉积较大的沉积物颗粒。他们还观察了沉积物岩芯中发现的微小生物化石（其中一些在较冷的条件下繁荣，另一些在较温暖的条件下繁荣），以了解当 AMOC 的强度增强和减弱时，海洋温度是如何变化的。凯撒和拉姆斯托夫的研究使用了可追溯到 19 世纪后期的海洋温度的直接测量值。
这两项研究得出了大致相似的结论：AMOC 处于非常虚弱的状态，根据索恩利的研究结果，这是过去 1600 年中最衰弱的状态。
这两项研究在减弱开始的时间上有所不同。索恩利的记录跨越了 1600 年，表明它始于小冰河期末期，即公元 1350 年至 1850 年左右的时期，当时太阳和火山的影响降低了北半球的温度，冰川和冰盖扩大。随着小冰河期的结束和气温升高，冰融化，淡水涌入北大西洋。研究结果表明，AMOC 目前的状态是整个长期记录中最弱的。他表示，目前的状态仅仅是对这种反应的延续，还是全球变暖也开始发挥作用，尚不清楚。与此同时，凯撒认为 AMOC 减弱的转折点在 20 世纪中期，表明这是由于人为造成的变暖的影响。然而，她团队的记录并没有追溯到那么久远的时间。
这两个结果并非互斥。这两个记录都显示出大致相似的下降模式。“我们认为所有证据都趋同是非常了不起的，”索恩利说。但是，查明减弱趋势的时间将为是什么导致了这一趋势以及它发生的速度，以及我们可能预计会看到一些由此产生的气候影响的速度提供更好的线索。
索恩利表示，目前已经很明显的是，缅因湾的温度是过去 1600 年来最高的。他说，美国沿海地区也有“令人兴奋的”海平面加速上升的迹象。
研究人员好奇的是，为什么气候模型似乎遗漏了 AMOC 过程中的一些东西。它们没有捕捉到这种过去的行为和明显的减弱。德尔沃思表示，如果这些研究的结果得到证实，那么可能是模型对正在发生的海洋淡水变化不够敏感，或者它们没有考虑到所有影响环流的重要变化。2017 年的一项研究考察了如果气候模型确实考虑了这种融化会发生什么，结果发现它导致 AMOC 的反应比其他情况更剧烈。
德尔沃思表示，更令人担忧的是模型是否错误地捕捉到了系统的敏感性，因为这意味着科学家们一直低估了 AMOC 可能反应的速度。“这实际上取决于为什么模型与古生物结果不匹配，”他说。
当建模人员努力解决这个问题时，索恩利和其他人正在努力扩展古气候记录，看看他们发现的模式是否出现在大西洋的其他地点，以及他们是否可以将它追溯到更早的时间。他们还在寻找在小冰河期末期可能引发减弱的淡水量的迹象。
展望未来，RAPID 仪器将缓慢地帮助梳理出 AMOC 的行为。“只是我们必须等待几年，”凯撒说，到那时，一些影响可能已经发生。