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变化中的北极 (32) 北冰洋的淡水(4)滴答作响的气候炸弹
张武昌2021年9月4日星期六
前文说到,随着全球变暖,北极区域的降水正在增加,这些降水或者直接降到北冰洋,或者降落到陆地,通过河流进入北冰洋,所以北冰洋的输入量在增加。
大西洋和太平洋也有海水流入北冰洋,称为大西洋或太平洋入流水。由于它们是海水,盐度和温度都比淡水高,所以这些温度高的海水位于温度低的淡水下面,形成了表层温度低而下层温度高的情况,与温带和热带海区表层温度高的情况正好相反。
1893-1896年挪威科学家Fridtjof Nansen将Fram号科考船冻结在海冰中进行穿极冰上漂流的时候,就发现了这个现象,他把北冰洋称为上下颠倒的海洋upside-down ocean。这种由盐度主导的海水层化现象被称为β分层,而温带和热带由盐度主导的海水层化称为α分层。
上下颠倒的海洋
北冰洋既接受陆地、天空的淡水输入,又接受大西洋和太平洋的入流水海水,如果没有输出的话,北冰洋就会膨胀爆掉,穿极流Transpolar Drift是这些多余的水流出北冰洋的主要通道。进入北冰洋的淡水增多只是北冰洋淡水含量增加的一个原因,另一个原因是北冰洋有一个环流将淡水挽留,这个环流就是贝福特环流Beaufort Gyre。
贝福特环流Beaufort Gyre和穿极流Transpolar Drift示意图
北冰洋表层淡水含量(黄色代表盐度高、蓝色代表盐度低)
贝福特环流是一个顺时针旋转(反气旋涡)的旋涡,地转偏向力使得旋转的海水向旋涡的中心汇聚,导致淡水在贝福特环流集聚,形成了淡水的凸透镜。
贝福特环流的淡水凸透镜
贝福特环流是由盛行风驱动的环流,北冰洋海冰的减少,使得风力直接作用于海面,导致同样风力的情况下,环流会增强。每隔5-7年,盛行风会改变方向,由顺时针旋转变为逆时针旋转,这时环流会变弱甚至转向,向大西洋释放出淡水。在1960和1970年代,就发生过这种事情,北大西洋的表层几百米都会降温,被称为“盐度巨变Great Salinity Anomaly”,是上世纪最持久和变化最大的海洋气候变化,导致了欧洲的冷冬。
自2003年以来,盛行风一直没有转向,环流内淡水含量一直增加
到目前为止,盛行风已经18年没有转向了,所以目前贝福特环流中淡水的含量比以往多了很多。但是盛行风随时可能转向,什么时候转向,谁也说不准,科学家正在密切关注环流的动态,一旦盛行风转向,会比以往释放更多的淡水,制造一个小小的“后天”。所以科学家称贝福特环流是一个“滴答作响的气候炸弹 Ticking Climate Bomb”。
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