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最新观测揭示大西洋副极地深海西边界流和经向翻转环流变化特征

2021/05/26点击次数:

2021年524《自然ž通讯》(Nature Communications 在线刊登了厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室(MEL)李非栗教授及合作者的研究成果“Subpolar North Atlantic Western Boundary Density Anomalies and the Meridional Overturning Circulation”1。该研究基于北大西洋副极地翻转环流观测项目Overturning in the Subpolar North Atlantic Program , OSNAP2)最新观测数据,揭示高纬度海域西边界密度变化与翻转环流的变化特征及其关系。


大西洋经向翻转环流(AMOC是地球气候系统的重要一环。大量气候模式显示,AMOC能够调制跨海盆热量和盐度输送,前者可以造成区域甚至全球的表面温度异常,而后者则对全球淡水循环产生直接影响。然而由于现场观测匮乏,同时气候模式对AMOC的模拟存在分歧,AMOC的运行机制及变异特性仍不清楚,是亟待解决的前沿科学问题之一。针对上述科学问题,国际OSNAP项目于2014年启动,在北大西洋副极地海域通过潜标、深海浮标、水下无人机组成的跨大西洋全水深观测系统对AMOC和深对流过程进行连续观测。OSNAP前期研究对拉布拉多海深海对流过程驱动AMOC变异的传统观点提出质疑3,并揭示了温、盐异常对密度的极强补偿作用是拉布拉多海对流对AMOC流量贡献较小的主要原因4。在此基础上,本研究基于最新处理的2014-2018年连续观测,指出在拉布拉多海深海对流强度发生较大变化的四年间,整个拉布拉多海的翻转环流强度相对较弱,且无明显年际变化。该研究支持了OSNAP前期的研究结果,即翻转环流主要发生在格陵兰岛以东的东副极地海域。


本研究还进一步指出了拉布拉多海西边界深层密度变化的来源。前人研究认为该边界密度信号是由拉布拉多海内部深层对流过程产生,并通过地转平衡改变深层西边界流强度,驱动AMOC强度变化。然而本研究发现,西边界流的密度信号除了受拉布拉多海中心海域深海对流的影响外,还受到边界流系统本身以及上游伊尔明厄海的密度异常调控。正是因为西边界流变化的复杂性,所以将西边界流强度与AMOC变化进行直接相关的传统做法存在较大的不确定性。相比较而言,模式模拟中的强相关性可能在于模式中缺乏海洋深层环流在海盆内部的输送路径。


实验室李非栗教授为OSNAP项目PI之一,同时也是该研究的第一作者,他指出,“对AMOC的连续观测为我们进一步理解AMOC发生和变化的具体细节与机制提供了最重要的基础。研究结果将有助于提高气候模式模拟的精确度和可信度”。

论文的合作者、OSNAP项目执委会委员、中国海洋大学林霄沛教授表示,“本研究进一步推翻了拉布拉多海深对流决定AMOC的传统认知,对AMOC的研究提出了更多的科学问题,而中国学者现在已经走在了AMOC研究的国际前沿”。


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在北大西洋副极地海域布设的OSNAP潜标观测系统(黄色圆形代表潜标位置)可分为位于拉布拉多海盆的OSNAP West阵列,以及位于格陵兰岛以东副极地海域覆盖伊尔明厄海盆、冰岛海盆以及罗科尔海槽 的OSNAP East阵列。箭头代表主要的边界流系统流向——包括拉布拉多流(LC),西格陵兰流(WGC),东格陵兰流(EGC),伊尔明厄流(IC),东雷克雅内斯海岭流(ERRC),北大西洋流(NAC)。


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基于OSNAP观测系统估算的拉布拉多海(OSNAP West)、东副极地海域(OSNAP East)以及跨整个大西洋(Full array)的经向翻转环流(MOC)月平均强度。


该研究的合作者来自以下机构(排名不分先后):厦门大学,佐治亚理工学院,英国南安普顿国家海洋中心,伍兹霍尔海洋中心,苏格兰海洋科学协会,荷兰皇家海洋研究所,加拿大纽芬兰纪念大学,加拿大渔业与海洋部,加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所,爱丁堡大学,迈阿密大学,德国基尔亥姆霍兹海洋研究所,布莱斯特大学,法国海洋开发研究院,中国海洋大学和青岛海洋科学与技术国家实验室,法国国家科研中心,加拿大贝德福德海洋研究所。



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1  OSNAP项目网页:www.o-snap.org


2  Li, F.*, M.S. Lozier*, S. Bacon, A. Bower, S.A. Cunningham, M.F. de Jong, B. deYoung, N. Fraser, N. Fried, G. Han, N.P. Holliday, J. Holte, L. Houpert, M.E. Inall, W.E. Johns, S. Jones, C. Johnson, J. Karstensen, I.A. LeBras, P. Lherminier, X. Lin, H. Mercier, M. Oltmanns, A. Pacini, T. Petit, R.S. Pickart, D. Rayner, F. Straneo, V. Thierry, M. Visbeck, I. Yashayaev, C. Zhou, Subpolar North Atlantic Western Boundary Density Anomalies and the Meridional Overturning Circulation, Nature Communications, 12(3002), doi:10.1038/s41467-021-23350-2 (2021).


3  M.S. Lozier*, F. Li*, S. Bacon, F. Bahr, A.S. Bower, S.A. Cunningham, M.F. de Jong, L. de Steur, B. DeYoung, J. Fischer, S.F. Gary, N.J.W. Greenan, N.P. Holliday, A. Houk, L. Houpert, M.E. Inall, W.E. Johns, H.L. Johnson, C. Johnson, J. Karstensen, G. Koman, I.A. Le Bras, X. Lin, N. Mackay, D.P. Marshall, H. Mercier, M. Oltmanns, R.S. Pickart, A.L. Ramsey, D. Rayner, F. Straneo, V. Thierry, D.J. Torres, R.G. Williams, C. Wilson, J. Yang, I. Yashayaev and J. Zhao. A Sea Change in Our View of Overturning in the Subpolar North Atlantic, Science, 363(6426), doi: 10.1126/science.aau6592 (2019).


4  Zou, S., M.S. Lozier, F. Li, R. Abernathey, L. Jackson, Density-Compensated Overturning in the Labrador Sea, Nature Geoscience, 13, 121–126, doi:10.1038/s41561-019-0517-1 (2020).


论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-23350-2