海洋热量和碳储存中的隐藏角色

新的研究显示，位于海洋表面以下深处的水下波浪有些高达500米，在海洋的热量和碳储存中起着关键作用。由剑桥大学、牛津大学和加州大学圣地亚哥分校领导的一个国际研究小组已经量化了大西洋中水下波浪和其他形式的湍流的影响。他们发现，目前为政府政策提供信息的气候模型未能准确反映这些水下现象的重要性。

人类活动排放的大部分热量和碳被海洋吸收，但它能吸收多少取决于海洋内部的湍流，因为热量和碳要么被推入海洋深处，要么被拉向海面。

虽然这些水下波浪已经众所周知，但它们在热量和碳传输中的重要性还没有被完全理解。

在AGU Advances杂志上报告的结果表明，海洋内部的湍流对于全球范围内的碳和热量的传输比以前想象的更重要。根据新的研究，在海洋表面以下深处的水下波浪--有些高达500米--在海洋如何储存热量和碳方面发挥着重要作用。一个由剑桥大学、牛津大学和加州大学圣地亚哥分校领导的国际研究小组量化了这些海浪和其他形式的大西洋水下湍流的影响，并发现它们的重要性没有被准确地反映在为政府政策提供依据的气候模型中。信用: Laura Cimoli/GLODAP

海洋环流将暖水从热带地区带到北大西洋，在那里冷却、下沉，并在深海中向南返回，就像一个巨大的传送带。这种环流模式的大西洋分支称为大西洋经向翻转环流（AMOC），在调节全球热量和碳预算方面起着关键作用。海洋环流将热量重新分配到极地，在那里融化冰块，并将碳分配到深海，在那里可以储存数千年之久。

剑桥大学应用数学和理论物理系的第一作者劳拉-西莫利博士说："如果你要拍摄一张海洋内部的照片，你会看到很多复杂的动力学在工作。在水面下，有喷流、海流和海浪--在深海中，这些海浪可以达到500米高，但它们就像海滩上的海浪一样破碎。"

"大西洋在如何影响全球气候方面很特别，"来自剑桥大学地球科学系的共同作者Ali Mashayek博士说。"它有一个强大的从上游到深海的极地循环。水在表面的流动也比在深海的流动快。"

在过去的几十年里，研究人员一直在调查AMOC是否可能是导致北极失去如此多的冰盖，而南极的一些冰盖却在增长的一个因素。对这一现象的一个可能的解释是，北大西洋的海洋吸收的热量需要几百年时间才能到达南极。

现在，利用遥感、基于船舶的测量和来自自主浮筒的数据的组合，由剑桥大学领导的研究人员发现，来自北大西洋的热量到达南极的速度比以前想象的快得多。此外，海洋内部的湍流--特别是大型水下波浪--在气候中发挥着重要作用。

就像一个巨大的蛋糕，海洋是由不同的层次组成的，底部是较冷的、密度较大的水，顶部是较暖的、轻的水。海洋中的大部分热量和碳的运输发生在特定的层内，但是热量和碳也可以在密度层之间移动，将深层的水带回表面。

研究人员发现，热量和碳在各层之间的移动是由小规模的湍流促进的，这种现象在气候模型中没有得到充分体现。

来自不同观测平台的混合估计显示了环流上部分支的小规模湍流的证据，与海洋内波的理论预测一致。不同的估计显示，湍流主要影响到与从北大西洋向南移动的深海水域的核心有关的一类密度层。这意味着这些水团携带的热量和碳有很大机会在不同的密度层中移动。

"气候模型确实考虑了湍流，但主要是在它如何影响海洋循环方面，"Cimoli说。"但是我们发现，湍流本身是至关重要的，它在有多少碳和热量被海洋吸收，以及被储存在哪里方面起着关键作用。"

Mashayek说："许多气候模型对微尺度湍流的作用有一个过于简单的表述，但我们已经证明它是重要的，应该更加谨慎地对待。例如，湍流及其在海洋环流中的作用对多少人为热量到达南极冰盖以及发生的时间尺度进行了控制。"

该研究表明，迫切需要在全球观测阵列中安装湍流传感器，并在气候模型中更准确地表示小规模的湍流，以使科学家能够对气候变化的未来影响做出更准确的预测。