深北大西洋的热量传递加剧了北极海洋的深层变暖

《SCIENCE ADVANCES》：Deep Arctic Ocean warming enhanced by heat transferred from deep Atlantic

北极深海自20世纪90年代以来持续变暖，格陵兰盆地（GB）深层0.103°C/decade的显著增温通过Fram Strait（FS）向欧亚盆地（EB）输送热量，使EB深层变暖速率（0.020°C/decade）远超AB（0.003°C/decade）。Lomonosov Ridge（LR）阻隔了GB变暖信号进入AB，地热加热和斜坡对流分别贡献于EB底水和深层增暖。热力学模型证实GB变暖是EB深层加速变暖的主因，斜坡对流贡献有限

　　近年来，科学家们发现北极深层和底部海域出现了显著的变暖趋势，这一现象与全球气候变化密切相关。尽管传统的观点认为地热加热是北极深海变暖的主要驱动力之一，但最新的研究发现，这种变暖趋势可能还受到其他因素的影响，特别是来自格陵兰盆地（Greenland Basin, GB）深水的热量输入。这项研究揭示了北极深海变暖的复杂机制，并为理解北极海洋系统的热力学变化提供了新的视角。

北极深海由两个主要盆地组成：美洲盆地（Amerasian Basin, AB）和欧亚盆地（Eurasian Basin, EB）。这两个盆地之间被隆莫森岭（Lomonosov Ridge, LR）分隔，而GB则通过弗拉姆海峡（Fram Strait, FS）与EB相连。在浅层区域，AB和EB的水文特征较为相似，主要受到大西洋暖流（Atlantic Water, AW）的影响。然而，随着深度增加，LR成为了一个重要的地形屏障，使得AB和EB的深层水体形成了不同的热盐结构。例如，在AB，深层水体的温度和盐度较低，而在EB，深层水体的温度和盐度较高，这种差异形成了所谓的“热盐阶梯”（thermohaline staircase），并进一步影响了整个北极深海的热力学变化。

研究显示，自1990年以来，EB的深层和底部水体经历了显著的升温。具体而言，EB深层水体在2000至2600米深度范围内，其升温速率达到了0.020°C/十年，远高于地热加热所能解释的范围。相比之下，AB的深层水体升温速率则较为缓慢，约为0.003°C/十年。此外，GB的深层水体在最近几十年内也经历了快速升温，其升温速率甚至达到了0.131°C/十年。这一趋势表明，GB的深水变暖可能对EB的深层水体产生显著影响，尤其是在FS的区域。

研究人员通过构建一个理想化的北极海洋模型，模拟了GB深水变暖对EB深水升温的贡献。模型显示，即使在考虑了斜坡对流（slope convection）的影响后，GB深水的升温仍然能够显著提升EB深水的温度。在不同的实验条件下，研究人员发现，当将GB的升温信号纳入模型时，EB深水的升温速率与实际观测结果高度一致。这表明，GB深水的升温可能是EB深水变暖的关键因素之一，而不仅仅是由于AW的升温或斜坡对流。

进一步的热平衡分析也支持这一结论。研究表明，EB深层水体的升温需要大量的热量输入，而GB深水的升温所引起的热量输送正好可以解释这一现象。此外，FS的观测数据也表明，GB深水向EB输送的热量在1990至2022年间达到了2.085 ZJ（1 ZJ=10^21 J），这一数值与EB深水升温所需的热量输入相匹配。这说明，GB深水的变暖通过FS的水平热输送，对EB深水的升温起到了重要作用。

研究还指出，GB深水的变暖不仅影响了EB，还可能对整个北极深海的热力学演变产生深远影响。这种影响在模型中得到了验证，并且与实际观测结果一致。因此，可以认为，GB深水的变暖是导致EB深层水体变暖的重要驱动力，而这一现象的背后可能涉及复杂的海洋环流和热交换过程。

总的来说，这项研究揭示了北极深海变暖的多因素驱动机制，强调了GB深水变暖对EB深水升温的关键作用。通过结合观测数据和模型模拟，研究人员能够更全面地理解北极海洋系统的热力学变化，并为未来预测北极深海的温度变化趋势提供了科学依据。这些发现不仅有助于揭示北极海洋系统的内部机制，也为全球气候变化对海洋生态系统的影响提供了新的视角。