新的研究顯示，位於海洋表面以下深處的水下波浪有些高達500米，在海洋的熱量和碳儲存中起著關鍵作用。由劍橋大學、牛津大學和加州大學聖地亞哥分校領導的一個國際研究小組已經量化了大西洋中水下波浪和其他形式的湍流的影響。他們發現，目前為政府政策提供信息的氣候模型未能準確反映這些水下現象的重要性。

人類活動排放的大部分熱量和碳被海洋吸收，但它能吸收多少取決於海洋內部的湍流，因為熱量和碳要么被推入海洋深處，要么被拉向海面。

雖然這些水下波浪已經眾所周知，但它們在熱量和碳傳輸中的重要性還沒有被完全理解。

在AGU Advances雜誌上報告的結果表明，海洋內部的湍流對於全球範圍內的碳和熱量的傳輸比以前想像的更重要。

根據新的研究，在海洋表面以下深處的水下波浪–有些高達500米–在海洋如何儲存熱量和碳方面發揮著重要作用。一個由劍橋大學、牛津大學和加州大學聖地亞哥分校領導的國際研究小組量化了這些海浪和其他形式的大西洋水下湍流的影響，並發現它們的重要性沒有被準確地反映在為政府政策提供依據的氣候模型中。信用: Laura Cimoli/GLODAP

海洋環流將暖水從熱帶地區帶到北大西洋，在那裡冷卻、下沉，並在深海中向南返回，就像一個巨大的傳送帶。這種環流模式的大西洋分支稱為大西洋經向翻轉環流（AMOC），在調節全球熱量和碳預算方面起著關鍵作用。海洋環流將熱量重新分配到極地，在那裡融化冰塊，並將碳分配到深海，在那裡可以儲存數千年之久。

劍橋大學應用數學和理論物理系的第一作者勞拉-西莫利博士說：”如果你要拍攝一張海洋內部的照片，你會看到很多複雜的動力學在工作。在水面下，有噴流、海流和海浪–在深海中，這些海浪可以達到500米高，但它們就像海灘上的海浪一樣破碎。”

“大西洋在如何影響全球氣候方面很特別，”來自劍橋大學地球科學系的共同作者Ali Mashayek博士說。”它有一個強大的從上游到深海的極地循環。水在表面的流動也比在深海的流動快。”

在過去的幾十年裡，研究人員一直在調查AMOC是否可能是導致北極失去如此多的冰蓋，而南極的一些冰蓋卻在增長的一個因素。對這一現象的一個可能的解釋是，北大西洋的海洋吸收的熱量需要幾百年時間才能到達南極。

現在，利用遙感、基於船舶的測量和來自自主浮筒的數據的組合，由劍橋大學領導的研究人員發現，來自北大西洋的熱量到達南極的速度比以前想像的快得多。此外，海洋內部的湍流–特別是大型水下波浪–在氣候中發揮著重要作用。

就像一個巨大的蛋糕，海洋是由不同的層次組成的，底部是較冷的、密度較大的水，頂部是較暖的、輕的水。海洋中的大部分熱量和碳的運輸發生在特定的層內，但是熱量和碳也可以在密度層之間移動，將深層的水帶回表面。

研究人員發現，熱量和碳在各層之間的移動是由小規模的湍流促進的，這種現像在氣候模型中沒有得到充分體現。

來自不同觀測平台的混合估計顯示了環流上部分支的小規模湍流的證據，與海洋內波的理論預測一致。不同的估計顯示，湍流主要影響到與從北大西洋向南移動的深海水域的核心有關的一類密度層。這意味著這些水團攜帶的熱量和碳有很大機會在不同的密度層中移動。

“氣候模型確實考慮了湍流，但主要是在它如何影響海洋循環方面，”Cimoli說。”但是我們發現，湍流本身是至關重要的，它在有多少碳和熱量被海洋吸收，以及被儲存在哪裡方面起著關鍵作用。”

Mashayek說：”許多氣候模型對微尺度湍流的作用有一個過於簡單的表述，但我們已經證明它是重要的，應該更加謹慎地對待。例如，湍流及其在海洋環流中的作用對多少人為熱量到達南極冰蓋以及發生的時間尺度進行了控制。”

該研究表明，迫切需要在全球觀測陣列中安裝湍流傳感器，並在氣候模型中更準確地表示小規模的湍流，以使科學家能夠對氣候變化的未來影響做出更準確的預測。