洋流带来的灾难
洋流带来的灾难
——浅析《后天》中的灾难原因
14级环境科学与工程学院
大气科学类马安琪
（第一次写，或者说摘抄综合……把各种地方的资料综合在一起的结果，基本没有自己的数据和分析，顶多是把资料中生涩隐晦的语句翻译成自己的简单易懂的语句。不知道这样做行不行……求批评&修正。英文太烂，所以基本没有查英文的资料，在自然科学领域里是极大的不足，我懂的。）
一、各种定义，意义，影响什么的
海水沿着一定方向有规律的较大规模的水平运动称为洋流。洋流是个向量，有速度和方向。方向是指海水流去的方向，不同于气象中的风是指风的来向。洋流具有长度、宽度和垂直厚度，而且在不同的维度，上述三个数据是不同的。同时由于洋流源地的不同，其温度、盐度、透明度、化学成分及浮游生物也不同。洋流对于海洋生物、对气候尤其沿海气候有重大影响。洋流按成因分类可分为：风海流、密度流、补偿流和潮流。【12】
热盐环流是指海洋中由海水密度驱动的大洋环流，而由海表风驱动的另一类大尺度海洋环流被称为风生环流。海水密度由海水温度、盐度及压力决定，因此，改变海水温度或盐度就有可能改变或影响热盐环流。【5】热盐环流是地球气候系统中的重要组成部分，是径向热量输送的主要承担者。地质重建资料及数值模式的研究表明，热盐环流对局地气候的形成和全球气候的变化非常重要。【11】
二、我们的主角——THC和AMOC
大洋热盐环流(THC)的主体部分,是指大西洋中强劲的经向翻转环流（AMOC）,它本质上是由海水的温、盐差异导致的密度梯度驱动的密度流.
在北大西洋,湾流净向北的表层流强度超过16.0Sv（直接说很强就对了）,其向北伸展很远,在高纬海域释放出大量的热量,通过冷却作用,随后下沉转变为深层水团,在较深的深度上,再转而南流,这一输送过程即所谓的“经圈翻转环流”。与之相关联的冷暖水团转换,使得大西洋的经向热输送非常强劲,在24oN这一断面上,其强度约为1.2PW(IPw=10/sw)2。（直接说很强就对了）就表层海温而言,大西洋和太平洋之间最为显著的差异位于北半球高纬地区,东北大西洋较之同纬度的北太平洋要温暖得多。（此处应有张同期气温对比图）北大西洋的这一暖海温,使得北欧气候较之同纬度的其他地区要温和得多.因此,THC对西欧和北欧的气候具有直接的影响。【10】
我的翻译：北大西洋暖流很强，这一股从暖湿区域在北半球盛行风的驱动下汹涌而来的洋流带来了强大的暖湿气流，由此有了充沛的降水和西欧温和的气候。不仅仅是盛行风，在北大西洋高纬海域随洋流而来的海表水因密度大而下沉，从而拖拽低纬表层暖海水向高纬流动。THC在北半球高纬有明显的下沉流，比较独特。（此处应有图）在风应力和下沉流的驱动下，THC源源不断地向高纬地区输送大量热量。
三、全球变暖对AMOC的影响
前面说了THC的驱动力之一是北大西洋北部表层海水下沉，而人类活动排放的二氧化碳及其他温室效应气体使得温室效应加剧，全球平均气温升高，海冰融
化速度加快，北大西洋海水密度降低，影响北大西洋北部表层海水的下沉。多种数值模式显示，全球变暖最终会导致AMOC有不同程度的减弱。【具体数据见参考文献】AMOC减弱甚至消失后，高纬地区失去了洋流带来的巨大热量，最终导致北部气候变冷。（我的说法，不知道是不是够严谨……）
1、海水结冰过程
海水的密度值比纯水大，它是温度、盐度和压力的函数。若盐度压力不变，海水密度随温度升高而减小，当温度低于某一个值时，密度随温度的升高而增大。海水最大密度的温度随盐度的增加而降低，结冰温度也随盐度的增加降低，但比较缓和。当盐度为24.7‰时，最大密度的温度与结冰温度均为-1.332℃。通常情况下，海水盐度为34.6‰，所以最大密度的温度比结冰温度低。（见图）
海水冰点低于淡水，结冰过程较淡水复杂。因为海水结冰时必须将大部分盐分排出才能结冰。盐度低于24.7‰时结冰过程类似淡水，在上下层海水都冷却到最大密度温度后，只要表面海水再冷却到冰点就可以结冰了。高于24.7‰时结冰比较复杂，因最大密度值的温度在结冰温度以下，愈冷则水愈重便产生对流运动，只有上下层海水都降到冰点后，再继续冷却，海面才能结冰。【12】
2、海水结冰对盐度的影响
冻结是海水的大规模分馏过程，它对盐度的影响类似蒸发作用。冻结时，海水三分之二以上的盐度被排出，两年生和多年生海冰的盐度仅为海水盐度的5%-10%。【4】如果海水结冰少了，抑或海冰融化多了，将会导致高纬海水盐度的降低。由上面对海水结冰的分析可知，处于冻结温度下的表层海水形成不稳定层结，为垂直对流（在这里，具体指NADW，北大西洋深沉水）的发展创造了条件。相比之下，淡水或盐度未达到24.7‰的盐水（至少我觉得按照冰点与最大密度温度对照的图来说是这样的）在冻结温度下更为稳定。虽然海水的密度层结受到温度、盐度、压力等多种因素的影响，但是研究指出高纬度海洋密度层结主要由盐层结构控制。【4】低温海水热膨胀系数非常小,温度层结对密度垂直分布影响甚微,密度层结主要是盐度梯度引起的。例如盐度为34.5%时,在冻结温度下盐度对密度的影响为热膨胀影响的30倍,在+2℃时,为10倍。故盐度的任何微小变化都能显著影响垂直环流的发展。【4】
我的理解是对于北大西洋下沉水团而言，由于这是一股由南而上的水团，根据大洋水面盐度的径向分布图可知，它自身的密度比高纬海水大，因此在遇冷和蒸发给予大陆降水后会因自身密度大而有下沉的趋势。假如北大西洋高纬对这一股表层的水有巨大的淡水宣泄，必然会使它的盐度降低，从而减缓它的下沉。
一般情况下，北大西洋北部海水盐度比北太平洋高得多，更利于深沉水的形成，这也是在北大西洋形成如此强劲的AMOC的原因之一。假如北大西洋海水盐度减小，势必会影响密度层结，使得密度减小，从而抑制NADW的生成，导致AMOC减弱甚至消失，气候突然转冷。
3、不仅仅是海冰，大陆冰盖也有影响
大西洋深海岩芯表明,冰后期曾有4次δ18O的波动都对应着大陆冰盖退缩引起的水文循环变化导致的北大西洋深水形成速度的减弱。第一次发生在14.7kaBP,巴伦支冰盖崩解到挪威海,使挪威海-格棱兰海盐度降低,造成北大西洋深水(NADW)中断。第二次和第三次(13.5kaBP和12.0kaBP)是北美大陆冰盖在崩解过程中发生脉动引起密西西比河流量突然增加和中纬度海洋盐度降低。最后一次(10.5kaBP)即YoungerDryas冷期,是由于冰川融水从密西西比河分流到劳伦斯河引起的。【4】
这里应该是说根据冰芯资料，大陆冰盖的融化也会带来大量的淡水宣泄……同是淡水，同有影响……
4、降水-蒸发的变化影响
主要指全球变暖使得全球普遍温度升高，赤道低压带范围扩大，大气环流受到影响，导致大西洋降水更多，降水大于蒸发量然后盐度降低……（我忘记是在哪几个地方看到了T_T）这里要补资料来源和原文！！
四、关于电影会不会成为现实
IPCC第五次评估报告第一工作组决策者摘要中关于海洋的阐述是这样的：21世纪全球海洋将持续变暖。热量将从海面输送到深海，并影响海洋环流。……很可能的是，在21世纪，大西洋径向翻转环流（AMOC）将会减弱。CMIP5模拟的AMOC减弱的最佳估计值和范围在RCP2.6（没记错的话应该指的是：本世纪末全球平均增温2.6℃）情景下为11%（1-24%），在RCP8.5情景下为34%（12-54%）。可能的是，大约到2050年，AMOC会有一定减弱，但由于显著的内部变率，AMOC可能会在其中几十年间增强。
依据现有的情形，21世纪内AMOC发生突变或崩溃的情况是很不可能的。因为分析有限，结果不确定，对21世纪后AMOC演变的评估只有低信度。但是，不排除21世纪后由于显著持续升温致使AMOC崩溃的可能。【1】【2】
1、淡水实验（神奇的东西，充分体现了什么叫“低信度”）
(这个东西实际上是因为我觉得有意思才加的……)【6】具体的数据分析相信没有人想看，所以大概情况是这样的。
用数值模拟方式，前提情况是北大西洋拉布拉多寒流附近岛屿注入一定量淡水，然后把数据带入模式，经历各种积分计算后来模拟AMOC在淡水强迫下的反馈形式。最后的结果——开始50年AMOC减弱，主要原因是北大西洋北部下沉流减弱；然后，经历了各种大气-海洋的反馈，南部的上升流增强，AMOC慢慢恢复至原来的强度……
值得注意的是，作者说由于大气-海洋这个高度耦合的系统十分复杂，现有的模型还不能完美的反映复杂的反馈情况，所以结论只有低信度……
2、历史上的气候突变（各种冰芯资料……）
这个还没有做……根据我的记忆——大概是以往的气候突变，由间冰期进入冰期很多都是因为AMOC的停滞……
【参考&拓展资料】
【1】FifthAssessmentReport(AR5)-IPCC
【2】WG1AR5-SPM-FINAL-IPCC
【3】北大西洋热盐环流对温室气体浓度变化的响应-朱江
【4】北极海冰与全球气候变化-李培基
【5】大西洋热盐环流与气候突变-王召民
【6】高纬度淡水强迫背景下大西洋径向翻转环流的响应及其机制-于雷
【7】海洋环流对全球增暖机制的调制-余永强
【8】气候变化与热盐环流-雷建华
【9】全球海气耦合模式中热盐环流对大气强迫的响应-周天军
【10】一个气候模式中大洋热盐环流对全球增暖的响应-周天军
【11】中国各季节气候对热盐环流减弱的不同响应-程军
【12】地球科学概论-缪文龙