2019-05-15 21:30:02
热带太平洋是全球海洋热量运输的主要参与者

远离庞大的固定水域海洋学家认为它们是一个世纪以前,今天的海洋被认为是地球气候系统中相互联系,极具影响力的特工。

我们对海洋环流的理解的一个重要转折点出现在20世纪80年代早期,当时研究开始表明水流在偏远地区之间,这个概念后来被称为“大洋输送带”。

该理论认为,来自南太平洋的温暖浅水流入印度洋和大西洋,在遇到寒冷的北极水时,它会冷却并沉入深处。然后,这种冷水循环回太平洋,再次加热并上升到地面,再次开始循环。

长期以来,人们一直认为这种水的迁移在全球循环温水和热量方面起着至关重要的作用。没有它,估计将欧洲的平均冬季气温降低几度。

然而,最近的研究表明,这些全球规模的海水通道在地球热量预算中的作用可能不如传统认为的那么大。相反,一个地区可能正在完成大部分繁重的工作。

麻省理工学院地球,大气和行星科学系(EAPS)研究科学家,大气,海洋和气候项目成员Gael Forget于4月在Nature Geoscience上发表论文,副教授David Ferreira在雷丁大学气象系(以及前EAPS博士后)发现,全球海洋热量输送主要来自热带太平洋的热量输出。

研究人员利用最先进的海洋环流模型和近乎完整的全球海洋数据集,证明了热带太平洋地区在从赤道到极地分布热量的绝大多数优势。特别是,他们发现该地区出口的热量是进口大西洋和北极的四倍。

“我们并没有质疑从一个盆地流入另一个盆地的水很多的事实,”福吉特说。 “我们所说的是,这些流量对热传输的净影响相对较小。这一结果表明,全球输送带可能不是了解全球海洋热输送的最有用的框架。”

更新ECCO

该研究使用称为估算海洋环流和气候(ECCO)的全球海洋环流模型的现代化版本进行。 ECCO是EAPS物理海洋学荣誉教授Carl Wunsch的脑子,他在20世纪80年代设想了其大规模的事业。

今天,ECCO通常被认为是迄今为止最好的海洋环流记录。最近,Forget已经率先对ECCO进行了大量更新,从而产生了第四代,后来被NASA采用。

在Forget的领导下进行的主要更新之一是增加了北冰洋。由于网格设计挤压了极点的分辨率,以前的版本省略了该区域。然而,在新版本中,网格模仿排球的模式,六个均匀分布的网格区域覆盖全球。

忘记和他的合作者还添加了新的数据集(关于海冰和地热热通量等)并改进了对其他人的处理。为此,他们利用了全球数据收集工作的出现,例如ARGO,该工作15年来一直在全球范围内部署自动剖面浮标,以收集海洋温度和盐度剖面。

“这些是我们需要在全球范围内解决这个问题的数据集的好例子,”Forget说。 “它们也是那种允许我们约束关键模型参数的数据集。”

参数表示在模型的有限分辨率中包含的太小的尺度上发生的事件,在模型结果的真实性方面发挥着重要作用(换句话说,它的结果与我们在真实世界)。忘记对ECOO进行的许多更新之一涉及调整(在模型内)参数的能力,这些参数表示小规模和中尺度的海洋混合。

“通过允许估算系统调整这些参数,我们显着改善了对数据的拟合,”Forget说。

平衡行为

凭借新的和改进的基础框架,Forget和Ferreira随后寻求解决另一个有争议的问题:如何最好地衡量和解释海洋热传输。

海洋热量传输计算为海水温度和速度的乘积以及海洋和大气之间的热交换。如何平衡这些事件 - 从“源头到汇”的热量交换 - 需要确定哪些因素最重要,哪些因素最重要。

忘记和费雷拉是第一个协调大气和海洋观点的框架。研究人员将捕获空气和海洋表面交叉点的卫星数据与地表下发生的情况数据相结合,创建了空气,海面和海洋柱之间热传递的三维表示。

他们的研究结果揭示了对海洋热传输的新观点:净海洋热量再分配主要发生在海洋盆地内,而不是通过组成大型输送带的全球海水通道。

当研究人员从等式中移除内部海洋热循环时,他们发现太平洋内的热量再分配是最大的热交换来源。他们发现,该地区主导着两个半球从赤道到两极的热量传递。

“我们认为这是一个非常重要的发现,”福吉特说。 “它澄清了许多事情,并且希望能够让我们作为一个社区,在更好地理解海洋热传输方面站稳脚跟。”

未来的影响

福吉特说,这些研究结果对科学家如何观察和监测未来的海洋具有深远的影响。

“在海洋方面处理海洋热量运输的社区往往更多地关注有一个区域有损失的概念,并且可能忽略了一点点增益区域的重要性,”Forget说。

实际上,这意味着将重点放在热带失去的北大西洋和北极海洋上,而不是关注海洋获取热量的热带太平洋。这些观点通常决定资金和观测战略的优先顺序,包括部署文书的地方。

“有时候,在一个特定的地方投入大量的测量结果之间的平衡,这可能会花费很多钱,而不是一个真正试图覆盖全球努力的计划,”Forget说。 “这两件事有时会相互竞争。”

在文章中,Forget和Ferreira认为,持续观察全球海洋的整体情况,不仅仅是在几个地点和隔离海洋盆地的大门,对于监测和了解海洋热量传输至关重要。

忘记也承认这些发现违背了一些既定的思想流派,并且渴望继续在该领域进行研究并听取不同的观点。

“我们期待激发一些争论,我认为看到它会令人兴奋,”福吉特说。 “如果有回击,那就更好了。”

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