海洋翻转流和深层环流

在少数极地地区，地表水变得足够冷和咸，可以下沉数公里深，从而启动缓慢的全球翻转流，使深海通风并在几个世纪内影响气候。

Definition

翻转环流是深层、密度驱动（温盐环流）的水流，其中地表水在极地地区下沉，通过深海扩散，并缓慢返回地表，从而使全球海洋通风并连接起来。

Scope

本主题涵盖极地海域深层水和底层水的形成、经向翻转环流的结构和输送、水团的分布和示踪、混合在闭合翻转流中的作用，以及多重稳定环流状态的可能性。

Core questions

• 深层水和底层水在哪里以及如何形成，是什么决定了它们的特性？
• 经向翻转环流的结构和强度如何？
• 水团如何扩散和混合以闭合翻转环流？
• 翻转环流是否可能存在多个稳定状态并突然转变？

Key theories

温盐翻转流和水团形成

高纬度地区的冷却和盐化使地表水密度足够大而下沉，形成沿密度面扩散并定义深层环流的深层水团。

翻转流的多重平衡

斯托梅尔表明，温度和盐度对密度的竞争效应可以使翻转流具有不止一个稳定状态，从而增加了气候史上突然转变的可能性。

Mechanisms

在北大西洋和南极洲周围，冰形成过程中强烈的冷却和盐水排斥增加了地表密度，直到水下沉形成深层水和底层水；这些水通过深海扩散，并通过混合和风驱动的上升流逐渐返回地表，完成了一个大约需要一千年时间的全球翻转流。

Clinical relevance

翻转环流输送热量以温暖区域气候，用氧气使深海通风，并隔离碳；人们担心变暖和淡化可能会削弱它，这使得大西洋翻转流成为气候监测和突变研究的焦点。

History

20世纪早期海洋学家通过水团分析绘制了深层环流图；斯托梅尔1961年的模型揭示了其多重平衡，布罗克尔的“传送带”综合理论将深层环流与冰和沉积物中记录的突发气候变化联系起来，从而促进了对翻转流的持续观测。

Key figures

• Henry Stommel
• Wallace Broecker
• Carl Wunsch

Seminal works

• talley2011
• stommel1961

Frequently asked questions

深层水在水面以下停留多久？

下沉到深海的水可以在那里停留几个世纪到大约一千年，然后通过混合和上升流返回地表，这使得深层环流非常缓慢。

大西洋翻转环流会崩溃吗？

模型和历史记录表明，如果地表水变得过暖或过淡而无法下沉，翻转流可能会减弱或在不同状态之间转换；这是否以及多快会发生是当前活跃的研究领域。