AMOC研究前沿：观测与早期预警信号揭示的减速真相

什么是AMOC：纵贯大西洋的巨大海洋传送带

AMOC的基本结构与流量单位“斯韦德鲁普”

AMOC（大西洋经向翻转环流）是一个南北向的巨大环流：大西洋表层的暖水向北流动，深层的冷水向南返回。墨西哥湾流是其表层的一部分，把热带的热量送往北大西洋，支撑着欧洲西北部温和的气候。

流量以“斯韦德鲁普（Sv）”表示，1 Sv等于每秒100万立方米。北纬26.5度附近的AMOC平均约为17 Sv，相当于全世界河流流量总和的十几倍。记住这个数字，就更容易体会“减少了多少Sv”这类研究的规模。

是风驱动还是密度驱动

AMOC有时被等同于“热盐环流（由密度差引起的环流）”，但严格来说两者并不相同。不仅深层水下沉，南大洋上西风带来的上升流（深层水涌向表层）也是支撑整个环流的重要因素。随着“风与密度共同驱动”的认识加深，思考AMOC的未来时，不仅要看北大西洋的淡水，还要看南半球风的变化。

因此，近年的研究把北大西洋、南大西洋、南大洋以及印度洋和太平洋之间的水交换放在一起考虑，致力于把握“作为全球海洋环流一部分的AMOC”。这一视角也与后文提到的Baker等人2025年的研究相关。

AMOC输送的“热量”有多大

AMOC向北大西洋输送的热量，对地球气候系统而言不可忽视。正因为有这种热输送，同纬度相比，北大西洋沿岸比北太平洋一侧更温暖。北欧和英国冬季的温和常被视为AMOC的恩惠之一，但实际上大气西风和地形的影响也很大，不能只用AMOC来解释。这就是“AMOC停止欧洲就会结冰”被认为是过度简化的原因。

为什么在北大西洋“下沉”

向北流动的暖水在格陵兰周边和拉布拉多海被冷却，变重后下沉到深层。这就是带动整体运转的“泵”。要发生下沉，海水必须足够咸（重），因此如果表层被冰盖融水或增多的降水冲淡，这个泵就可能减弱。

本文是现有文章“热盐环流（AMOC）为何会减弱”的续篇，该文介绍了热盐环流的基础并与电影做了对比。这里聚焦于“如何观测、如何预测、还有什么未知”这一研究前沿。

如何观测：RAPID、OSNAP等观测网的发展

北纬26.5度的“RAPID-MOCHA”阵列

直接测量AMOC的代表性系统，是2004年启动的北纬26.5度观测阵列（RAPID-MOCHA）。仪器横跨大西洋锚系在海底，连续记录水温、盐度和流速，并据此计算整个断面的南北向输送量。这是持续了20多年的宝贵连续数据。

不过，这一观测的年限仍只有几十年。AMOC每年、每几十年都有自然波动，因此很难区分“20年的趋势”究竟是长期减速还是单纯的自然变率。

从观测数据看到的“波动”

从RAPID的记录看，AMOC在季节和年际上变动相当大。2009至2010年冬季，曾观测到AMOC在短期内大幅下降，并讨论了它对北大西洋天气可能的影响。由于一两年的短期变化并不罕见，仅凭几年的数据就断定“长期减速”是危险的。

随着观测网增加，不同纬度的差异也显现出来。亚热带（26.5度）和亚极地（OSNAP）在变化幅度和成因上各不相同，“AMOC可以用一个数字来表示”这一前提本身正在被重新审视。针对各纬度流量和密度垂直结构的详细研究仍在继续。

卫星与Argo浮标发挥的作用

弥补直接观测空白的，是遍布全球海洋的约4000个Argo浮标和卫星观测。浮标沿深度测量水温和盐度，卫星测量海面高度和海面盐度。它们并不测量“AMOC本身”，但作为监测AMOC所导致的密度结构和热量分布的手段十分重要。

OSNAP揭示的“下沉位置”的意外事实

2014年，横跨北大西洋亚极地海域的OSNAP观测启动。2019年的研究（Lozier等人，Science）表明，形成深层水的下沉主角并非长期以来认为的拉布拉多海，而是偏向东侧的伊尔明厄海和冰岛海盆等海域。这一成果成为重新审视模型前提的契机。

观测的局限：海洋广阔而深邃，没有任何观测网能一次捕捉AMOC的全貌。目前的做法是把多个观测网的结果结合起来，并用模型加以补充。

追溯过去的“指纹”：替代指标显示的减速论点

由海面温度模式推断

由于直接观测时间短，研究者使用长期的替代指标（代用指标）。2018年发表在Nature上的Caesar等人的研究，把北大西洋“冷水域（冷斑）”及其周围变暖的海面温度模式作为AMOC的指纹，推断20世纪中叶以来AMOC减弱了约15%。2021年的后续研究（Nature Geoscience）得出结论：它处于过去1000多年来最弱的状态。

审慎的看法：指纹真的只反映AMOC吗

另一方面，海面温度也会受气溶胶变化和大气自然变率的影响。IPCC第六次评估报告（AR6）对20世纪AMOC减速的置信度评为“低”。这是对观测数据质量和时间跨度局限的坦率承认。

另一个角度是使用海洋热含量的变化模式。如果AMOC减弱，预计北大西洋中纬度的热量积累会呈现不同于平常的模式，已有研究将其与实际热含量的再分析数据进行比较。不过，这些再分析数据在观测匮乏的年代也存在较大的不确定性。

再追溯到更早的年代，深海沉积物中的代用指标（例如231Pa/230Th比值、底栖有孔虫同位素）可以间接反映AMOC的强度。用这类古气候方法来看，多个研究团队都报告说，现代AMOC处于过去1000年中偏弱的一侧。不过，各地区的代表性和年代精度仍有问题。

“指纹”研究给我们的教训

指纹法的长处，是提供了超出观测期的长期视角；短处是多个因素叠加时，难以把结果归于单一原因。研究者基于这两点，使用审慎的表述：“表明减速的证据有多项，但并不确凿”。作为读者，也需要判断研究的“可靠程度”。

• 支持一方：海面温度指纹、盐度与热输送的变化，以及多个独立替代指标的趋势相互吻合
• 审慎一方：观测时间短、难以与自然变率区分，指标也受其他因素影响
• 共识：既不能断言“确实减速了”，也不能断言“没有减速”，这才是诚实的现状

会发生崩溃吗：模型预测与“过于稳定的模型”问题

IPCC AR6的评估：减速可能性高，但突然崩溃……

AR6评估认为，在所有排放情景下，AMOC在21世纪很可能减弱，同时有中等信度认为2100年之前不会发生突然崩溃。区分“减弱”和“停止”来解读十分重要。

多数气候模型（CMIP6）显示AMOC在21世纪会减少。2020年的研究（Weijer等人）通过多模型比较表明，到21世纪末可能减少6至8 Sv（约34至45%）。但这是“大幅减速”，而不是“崩溃”。

模型是否高估了稳定性

研究者之间长期争论的一点是，模型是否把AMOC描绘得比现实更稳定。如果淡水的输入方式和盐度偏差再现不足，临界点看起来就会比实际更远。

2024年2月，van Westen等人在Science Advances上发表了论文。在约4400模型年的实验中，他们向气候模型（CESM）持续少量加入淡水，再现了AMOC真实崩溃的过程，并提出可以把大西洋南端（南纬34度附近）AMOC的淡水输送作为前兆。论文可以解读为“现实中的AMOC正走向临界点”，但并未给出具体年份。

2025年，Nature上还刊登了Baker等人的模型研究，结果表明由于南大洋和太平洋的稳定机制，即使AMOC在本世纪减弱，也不容易崩溃。实际上，各篇论文的结论存在很大分歧。

模型分辨率与淡水的处理

气候模型的课题之一是分辨率。如果不能充分表现墨西哥湾流和海底地形形成的细小流动（涡旋），下沉的位置和淡水的混合方式就会出现偏差。也有报告显示，高分辨率模型中AMOC的减速比低分辨率更大。随着计算资源增强，今后的预测可能会改变。

另一个问题是对格陵兰冰盖融水的处理。许多CMIP6模型并未按现实情况输入冰盖融水。有人指出，考虑融化加速后，AMOC的减速可能加剧。这也是使模型预测范围变宽的因素。

什么是早期预警信号：在临界点“之前”发现迹象的方法

临界减速：波动变大、变慢

复杂系统在接近临界点时，会表现出从小扰动中恢复变慢的“临界减速”性质。在时间序列数据中，表现为方差（波动幅度）增大和自相关（与先前数值的相似程度）增大。Ditlevsen夫妇的研究就是在海面温度的长期记录中寻找这种统计迹象。

这种方法的弱点是强烈依赖数据的质量和长度。海面温度只是AMOC的“替身”，混入其他因素的噪声后，即使实际上不是临界点，也可能出现看起来像迹象的假阳性。持批评态度的研究者对此多有强调。

临界减速的思路是一个通用框架，也被用于湖泊富营养化和生态系统突变等其他领域。应用于AMOC时，结果会因“看哪个变量、哪个时段、什么分辨率”而不同，因此分析方法本身也成为争论的对象。研究者反复检验用多个数据集和方法能否得到相同的结论。

基于物理的指标：淡水输送的思路

与统计迹象相对，van Westen等人提出的是“基于物理”的指标。其思路是：当AMOC在南大西洋输送的淡水量朝某个方向改变时，AMOC的自我强化（正反馈）就无法成立，从而容易崩溃。AMOC通过把高盐度的水输送到北方，维持着自身的下沉。

对于基于物理的指标，南大西洋实际淡水输送的观测也很有限。SAMBA等观测网正在逐步积累数据，但要判断临界点，还需要更长期的连续观测。目前处于“指标已经找到，但还没能充分测量”的阶段。

过去的突变：冰期的“丹斯加德—厄施格事件”与新仙女木期

AMOC真正改变时的气候

AMOC的重要性也可以从过去的气候变化记录中得知。在约1万2900年前至约1万1700年前的“新仙女木期”，原本在变暖的北半球再次变冷，这被记录在格陵兰冰芯和湖底花粉中。长期以来讨论的原因之一，是北美冰盖的融水流入大西洋，使AMOC减弱。

此外，冰期里还反复出现“丹斯加德—厄施格事件”，即在几十年内发生数度的气温变化。这类突变也被认为与AMOC的强弱有关。不过，现在的地球在冰盖规模和气候条件上都与当时不同，需要注意过去并不会原样重演。

过去的记录告诉我们什么

• 视条件而定，AMOC可能在几十年的时间尺度上发生突然变化（并不总是缓慢变化）
• 另一方面，其触发因素和时间尺度因时代而异，很难简单套用到现代
• 古气候数据是检验模型稳定性的为数不多的线索

“过去曾经发生过”这一事实，作为无法完全排除未来可能性的依据，至今仍被研究者用于讨论。

冰芯与海底沉积物提供的线索

格陵兰冰芯中记录了几十年内达十几度规模的气温变化。海底沉积物中留有AMOC减弱时期堆积的冰山来源碎屑（海因里希层）的痕迹。这些组合被视为“淡水流入→AMOC减速→北半球变冷”这一连锁的证据。

其机制和顺序的细节仍在研究之中。参考过去的记录，并不是为了预言冰期的“重来”，而是作为一个教训：AMOC确实可能对气候产生强大的影响。

如果越过临界点：预期的影响与同日本的关联

对欧洲和热带降水的影响

模型实验显示，如果AMOC大幅减弱或停止，会出现北大西洋周边变冷、热带雨带南移、北大西洋沿岸海平面上升等影响。在van Westen等人的实验中，也确认了崩溃后欧洲大幅变冷和热带降水带移动。不过，由于全球变暖本身也在同时推进，并不能简单地说成“欧洲会进入冰河期”。

对日本的意义

大西洋环流听起来很遥远，但大气与海洋的联系是全球性的。通过北半球大气环流和西风带的变化，它可能间接影响日本的天气。关于西风带的蛇行，请参阅西风带蛇行为何会招致异常天气。不过，AMOC变化对日本天气的影响有多大，仍属于研究中的领域。

在沿岸地区，也有人指出AMOC的变化可能影响海平面。据说AMOC减弱后，北美东岸的海平面会因动力学原因趋于上升，这也关系到沿海城市的适应对策。具体对策请参阅沿海城市的气候变化适应。

对生态系统的影响也不容忽视。北大西洋的浮游植物依靠环流供应的营养盐。环流改变后，基础生产力可能发生变化，甚至影响渔业资源。不过，这方面目前多数研究仍处于“指出可能性”的阶段，定量评估仍在进行中。

此外，深层环流还承担着把大气中的CO2输送到深海的作用。环流改变，海洋的碳吸收也可能随之改变。也可参阅海洋吸收了人类多少比例的CO2。

研究的课题：仍未弄清的问题与今后需要的观测

五个主要的未解决问题

• 观测期短：直接观测约20年，难以区分数十年周期的变动与长期减速
• 淡水的去向：对格陵兰冰盖融水实际扩散到哪里、如何影响下沉的把握还不充分
• 模型的偏差：盐度分布再现不足是否导致了对稳定性的高估
• 与其他海域的关系：南大洋和太平洋的稳定机制在现实中有多大作用
• 替身指标的可靠性：能否真正从海面温度复原AMOC

今后重要的举措

研究者正在加强南大西洋的观测、利用测量海洋盐度的自动浮标网（Argo浮标）、通过卫星观测海面盐度和海面高度，并推进古气候数据与模型的比对。几十年来持续维护国际观测网，将左右未来预测的精度。

把研究意见分歧理解为“不清楚所以放心”，或断定“所以很危险”，都不恰当。科学的基本立场是：不确定性本身就是风险管理的对象。

我们也有支持研究的方式。面向市民的海洋教育，以及研究机构的公开讲座和数据公开，在连接科学与社会方面发挥着重要作用。对于AMOC这样遥远海域的话题，更重要的是连同适当的不确定性一起，分享正确的信息。

如何面对不确定性：我们能做什么

阅读新闻的方法：三个确认要点

• 区分“崩溃”与“减速”：确认标题中的“崩溃”在研究中指的是什么
• 确认时间范围：看“2025年”或“2050年”是一个点，还是范围的端点
• 是同行评审论文，还是解说文章：养成查阅一手信息（论文、IPCC报告）的习惯

削减温室气体是最可靠的对策

无论AMOC的未来如何，抑制变暖都是减少冰盖融化和淡水流入的最直接方式。围绕临界点的研究，正朝着让“排放要减到什么程度才安全”这一问题更具体的方向推进。