大西洋副极地海域西边界变化与翻转环流的关系特征

大西洋经向翻转环流(Atlantic meridional overturing circulation,AMOC)是全球环流系统的重要组分，其基本结构可简单地刻画为上下两层.AMOC上层分支将海洋表层高温、高盐的海水向极地方向输送，密度相对较低的海水在北大西洋副极地海域的强烈海气交互作用下，下沉形成北大西洋深层水，继而在大西洋中深层向赤道方向流动，构成AMOC下层分支.然而海洋中的实际情况要复杂得多.传统观点基于理论和气候模式，认为位于北大西洋副极地的拉布拉多海是驱动AMOC变异的关键海域；拉布拉多海深海对流过程形成的深层密度异常沿大西洋西边界向低纬度传输，通过影响深层西边界流的强弱调控AMOC由高纬度到低纬度的连续变化，形成“海洋输送带”；但由于缺乏现场观测依据，AMOC与深海对流的具体联系，以及后者是否且如何驱动“海洋输运带”等科学问题仍亟待解决[1].

厦门大学李非栗教授课题组联合来自北大西洋副极地AMOC观测项目(Overturning in the Subpolar North Atlantic Program，OSNAP；http:∥www.o-snap.org)的研究团队，使用最新的跨大西洋、全水深观测记录构建了2014—2018年间北大西洋副极地海域的月平均MOC时间序列(图1)[2].分析发现在拉布拉多海深层对流强度发生较大变化的4年间，整个拉布拉多海的MOC强度相对较弱(约2×106m3/s)且无明显年际变化，支持OSNAP前期的研究结果[3-4]，即MOC主要发生在格陵兰岛以东的东副极地海域；观测记录显示后者可以解释82%的AMOC方差，且其4年平均强度(1.68×107m3/s)是拉布拉多海的8倍左右.

图1 基于OSNAP阵列估算得到的拉布拉多海、东副极地海域以及跨大西洋的MOC月平均强度

该研究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.然而通过分析发现，西边界流密度变化信号除了受拉布拉多海中心海域深层对流的影响外，还受边界流系统本身以及上游伊尔明厄海的密度异常调控.正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不确定性.相较而言，模式模拟中西边界流以及拉布拉多海深层对流与AMOC存在的强相关性，可能在于模式中存在温度、盐度模拟偏差以及缺乏海洋深层环流在海盆内部的输送路径[5].

该研究为OSNAP项目系列成果之一，近期于NatureCommunications杂志在线发表，为理解AMOC属性特征提供了新的观测证据，对于深入认识AMOC运行机制及变异特性具有重要意义.