浅谈大西洋经向翻转环流与北大西洋涛动对地球气候系统和新仙女木事件的作用及影响

当我们打开一张灯光地图，会看到黑夜中灯火辉煌的人类文明。这些夜间灯光有着许多来源，其中最主要的就是城市夜间灯光的强弱和密度，直接反映了人类城市的繁荣程度。 比如灯光高度密集的东亚、西欧、北美，就是当前人类经济最发达的三大区域，与漆黑一片的非洲、南美洲形成了鲜明对比。但我们知道，任何经济繁荣都离不开良好的自然程度。相比东亚和北美，西欧在自然禀赋上有一个巨大的弱点——太靠北了。从西班牙到苏格兰的纬度范围相当于从山东到阿拉斯加，灯光最密集的低地三国（荷兰、比利时、卢森堡）和萨哈林岛一个纬度，但奇怪的是，相比天寒地冻的黑龙江，欧洲却是如此温暖。极端天气下，巴黎的夏天甚至会热死人。这一现象背后是潜藏于海面下一个巨大的地理福利。同时也是西欧社会的生命线——北大西洋暖流。 如果按照冷暖性质，地球上的洋流可分为暖流、寒流两大类，其中暖流由低纬度流向高纬度，而寒流的流动方向则恰好相反。作为墨西哥湾暖流向北大西洋东北伸延的强力洋流，北大西洋暖流无疑是全球洋流传送带中的重要一环。那么，在纷繁复杂的洋流系统中，北大西洋暖流是如何形成的呢？这个问题并不难回答，与许多洋流一样，温暖的赤道，也是北大西洋暖流的老家。受低纬度、东风和地转偏向力影响，南赤道洋流在到达南美洲圣洛克甲后受阻分为两股，其中北上的一支摇身变为圭亚那暖流，沿南美大陆流经加勒比海，注入墨西哥湾。到达墨西哥湾后，这条海流摇身一变，成为全球海洋中最大、速度最快的洋流之一——墨西哥湾暖流。在信风吹拂下，墨西哥湾暖流从狭窄的佛罗里达海峡汇聚流出，以约2米每秒的速度前进，升级为有更高温度和更高速度的佛罗里达暖流。然而，佛罗里达暖流并不知足，再次沿安地列斯暖流集结，形成更加强劲的湾流。这条整合各方力量的湾流，继续沿美国东岸向北流动，在爱尔兰的西部一分为二，一支向南流动，成为加纳利洋流，另一支则流向北冰洋，给沿岸地区带来暖化效果。至此，北大西洋暖流正式形成。 随着北大西洋暖流不断向寒冷的高纬地区推进，表层洋流水温下降，海水结冰密度增加，并不断下沉，沿大西洋底部流入南大洋汇合。更多的高盐度低温海水后，流入低纬度地区的印度洋与太平洋。在加热作用下，海水升温，密度减小，深层海水逐渐上翻之后，随着表层洋流回到大西洋。就这样，北大西洋暖流完成了靠海水的温度和含盐密度驱动的温盐环流，这一完整过程被称为大西洋经向翻转环流。由此可见，北大西洋暖流是由表层风漂流和深层海水温盐环流共同构成的三维环流模式。这种环流模式下的北大西洋暖流，每秒能向欧洲输送高达1亿立方米的温暖海水，相当于近百万座核电站的产热供给。加之欧洲没有高耸的南北向山脉阻挡海洋气流长驱直入，气候温暖湿润，形成了舒适的温带海洋性气候。 资料显示，欧洲一月的平均气温较相同，纬度的北美和亚洲东岸高出15至20度。例如英国伦敦与我国漠河几乎同纬度。然而，一个是温暖潮湿的雾都，一个却是冰天雪地的北国。据统计，伦敦冬季平均温度可达到4至9度，远高于漠河的零下20度，可见北大西洋暖流确实是名副其实的欧洲暖气片。不过，北大西洋暖流并非一向温暖可人，他也有高冷无情的一面，而导致他变脸的原因还要从一种叫仙女木的漂亮植物说起。 仙女木是一种生长在环北极地区的蔷薇科仙女木属植物。万年之前，他们在严酷环境中留下了生存痕迹。科学家们在对应冰段的冰芯样本中发现了大量仙女木花粉，证明了当时冰天雪地的降温事件，并命名为新仙女木事件。而这次气候大事件的成因可能与我们前面提过的北大西洋暖流有关。 那时的地球并不是如今我们看到的蓝色，而是被大面积冰雪覆盖的白色。258万年前第四季大冰期开始并延续至今。第四季大冰期由十几个冰期和间冰期交替组成。当时，正当生物们庆幸漫长的末次冰期结束，准备迎接相对温暖的建冰期到来时，新仙女木事件却突然降临。发生于1.29万年前至1.15万年前的新仙女木事件席卷世界多地，引发了一连串的大灾难。在1300多年间，全球平均气温下降近三度，接近冰期极值，北美、格陵兰地区气温骤降约20度，英国南部地区气温降低超八度。猛犸象、巨型短面熊、剑齿虎等大型哺乳动物相继灭绝，蓝色星球陷入长达千年的冰封时代。关于这次突如其来的新鲜女墓降温事件，学者们众说纷纭。其中一种认为，造成此次大灭绝的根本原因是北大西洋暖流造成的气候变化。 在距今2.65万年前至1.9万年前，是末次冰期最盛期。那时，围绕北大西洋的北美大陆和北欧地区发育了大量冰盖，其中影响最大的要属北美劳伦泰德冰盖。在这一时期，劳伦泰德冰盖发生大规模的冰架断裂事件，大量浮冰进入北大西洋，造成海水温度急剧降低，大量淡水注入北大西洋，阻碍了原本在高纬度地区下沉生成的深层水，干扰了温盐环流的正常循环，使得北大西洋暖流逐渐崩溃。气温骤然下降，最终影响全球气候，直到1.15万年前，环流机制重新建立。新仙女木事件结束，气温回升至此，地球进入到相对温暖的全新时，人类社会也由狩猎转向农耕，正式拉开了农业时代的序章。 18世纪末，人类逐渐放下农具走向工厂，工厂在解放劳动力的同时，也造成温室气体排放的不断增加，进而导致全球变暖。格陵兰岛的冰川加速融化，大量淡水涌入海洋，持续削弱着温盐环流。最近的研究表明，自1950年以来，北大西洋暖流的流速至少减慢了15%，其减弱程度是过去1000年中前所未有的。预计到本世纪末，如果全球变暖持续加剧，全球海洋环流可能会减缓34%至45%。若北大西洋暖流处于持续不稳定的状态，类似于新仙女木事件的变冷现象或许将再次上演。 相比于洋流系统，全球气候系统更加复杂。拿北大西洋来说，上空的两个大气活动中心，冰岛低压和亚速尔高压的变化都能改变欧洲的降水和温度格局。当冰岛低压加深时，亚速尔高压就会加强。相反，当冰岛低压减弱时。亚速尔高压则会减弱这一种类似于跷跷板的现象，被称为北大西洋涛动。随着两个活动中心之间气压差的增大，北大西洋涛动也不断增强。这时，美国东部和整个北欧的温度和降水都会高于平均水平，而格陵兰岛、南欧的温度和降水则低于平均水平。而北大西洋涛动弱时，温度和降水模式正好相反。 在北大西洋暖流和北大西洋涛动的共同作用下，未来欧洲、美国乃至全球的气候状况或许都将因其而改变。