探索调节气候变化洋流的新成果
（一）研究洋流参与调节气候的新信息
1.探索洋流调节气候功能的新发现
发现海洋环流对调节气候变化发挥着重要作用。[29]2014年10月24日，物理学家组织网报道，美国罗格斯大学海洋和沿海科学系研究员斯特拉·伍德主持，该系教授罗森塔尔为主要成员的一个研究小组，在《科学》杂志上发表论文称，大多数对气候变化的关注，集中在释放到大气中的温室气体含量，但他们研究发现，海洋环流对调节地球气候起着同样重要的作用。
研究人员认为，在270万年前，地球北半球的冷却和大陆冰川的积聚，与海洋环流的变化一致，大西洋深处的二氧化碳和热量，被从北到南输送到太平洋中释放。
研究人员认为，海洋输送系统变化的同时，北半球冰川体积扩张，以及海平面大幅下降。而南极的冰切断了发生在海洋表面的热交换，迫使其到海洋深处。这引起了全球气候变化，而非大气中的二氧化碳起作用。
据报道，研究小组基于250万年前到330万年前的海洋沉积物岩芯样本，深入了解到今天的气候变化机制。伍德说：“我们认为，大约建立于270万年前的现代深海环流，即海洋输送，引发了北半球冰盖扩张，而不是由大气中二氧化碳浓度的重大变化所致。”
研究表明，在海洋盆地之间热量分布的变化，对了解未来气候变化很重要。然而，科学家不能准确预测大气中二氧化碳进入海洋对气候产生的变化。不过，他们认为，近200年中释放的二氧化碳越来越多，超过近期在地质历史上任何一段时期，二氧化碳、温度变化和降水之间的互动，将导致海洋循环的深刻变化。
研究人员认为，300万年前的深海环流是另一种不同模式，对温度的升高负有责任，而海洋输送使得地球降温，形成了我们现在所生活的气候。
罗森塔尔说：“研究表明，在深海中储存热量的变化，对于气候变化与其他假设同样重要，如构造活动或二氧化碳水平下降，可能是过去300万年的一个主要气候过渡。”
2.探索洋流加快气候变暖的新发现
可用海洋环流解释北极变暖快于南极的原因。[30] 2014年12月，物理学家组织网报道，美国麻省理工学院绿色海洋学教授约翰·马歇尔率领的一个研究小组，在《英国皇家学会哲学汇刊》上发表研究成果称，他们通过研究海洋动力学这一现象发现，由于海洋具有吸收和运输巨大热量的能力，其在气候变化中发挥着关键作用。由此，海洋环流可以解释为什么北极变暖比南极更快。
近几十年来，科学家观察地球两极的气候难题：北极变暖并逐渐丧失海冰，而南极许多地方却有所降温，甚至在增加海冰。现在，该研究团队从研究人类活动导致气候变化的影响入手，揭示了这种南北极气候不对称现象的基本过程。
据报道，研究人员对海洋和气候的计算机模拟显示，温室气体排放的多余热量，被南极周围的南大洋和北大西洋吸收，但是它并不徘徊。取而代之的是，移动的海洋重新分配这些热量。在南大洋，实力雄厚、向北流动的支流将热量向赤道分流，远离南极洲。在北大西洋，单独向北流动的支流将热量分流进北极。因此，当南极变暖只是轻度时，北冰洋的温度升高很快，加速着北极大气变暖和海冰的损失。
模拟结果显示，随着北极变暖速度超出南极的两倍，每个区域中的温室气体反应是不同的。研究人员甚至认为，该模型可以预测，到本世纪中叶，北极将相当暖和，以至于在夏天没有海冰。
马歇尔研究小组还发现，海洋对于臭氧洞的反应，可以有助于解释到目前为止南极洲周围的变暖缓慢。人类排放的污染物氯和溴、氯氟化碳，在本世纪初曾达到顶峰而现在慢慢减少，这致使南极上空数百万平方英尺的臭氧恶化。
研究人员把一个臭氧洞引入到模型中后发现，在南大洋上空的风速增快，并向南移动，这与在南极洲周围观察到的风的变化一致。研究人员说，这种强化的风，开始冷却海面和扩大海冰，然后气候变暖和海冰收缩成为一个缓慢的过程。研究人员认为，发生这种变暖的情况，是由于强风终于疏通了深海区域表面相对温暖的海水。
3.探索洋流影响气候变化机理的新进展
推进大洋东边界流影响气候变化机理研究。[31] 2023年3月18日，《科技日报》报道，由中国科学院院士吴立新领衔的中国海洋大学研究团队，在大洋东边界流与气候变化研究领域取得系列重要进展。他们首次利用高分辨率地球系统模式，揭示了世界大洋主要东边界上升流系统对全球变暖的响应与控制机理，改变了对该科学问题的传统认识。《自然·通讯》和《自然·气候变化》对这项研究成果进行了在线报道。
全球东边界上升流系统以不足2%的面积，贡献了全球7%的初级生产力，以及20%的渔获量。阐明全球变暖背景下东边界上升流系统的演化特征和调控机理，对于理解海洋生态系统健康和人类社会可持续发展具有重要意义。
本研究利用中国海洋大学参与研制的高分辨率地球系统模式，并结合CMIP6多模式数据，首次全面分析了加利福尼亚、加纳利、本格拉和秘鲁上升流系统等世界四大东边界上升流系统，对气候变化的响应。
研究表明，尽管风场引起的离岸埃克曼输运对上升流的气候平均态强度起决定性作用，但上升流的长期变化趋势不再由风场变化所主导，而是受到地转流引起的输运变化的控制。此外，研究进一步表明，尽管北半球上升流系统的海表温度增加相对开阔大洋较慢，但南半球上升流系统的情形则正相反。后者主要是因为东边界流自身减弱导致的冷平流减弱。南半球东边界流的减弱，则与大西洋经向翻转环流的减弱以及海盆尺度的风场变化有关。
上述发现，改变了东边界上升流系统对全球变暖的响应和控制机理的传统认识，揭示了南半球东边界上升流系统的“热斑”现象，为应对气候变化对东边界上升流系统的影响，提供了科学支撑。
该研究团队2012年发现气候变化导致全球西边界流热斑现象，2020年提出中尺度涡旋对西边界流海洋锋面的维持机制，本次成果在原有基础上又取得重要进展。这一系列成果，对于推动大洋边界流观测、理论与预测研究，深入认识大洋边界流系统对气候变化的响应和反馈作用具有重要意义。
（二）研究洋流运行及其动能变化的新信息
1．探索黑潮暖流运行方式的新进展
推进黑潮暖流路径及其影响的研究。[32]2013年11月19日，有关媒体报道，近日中国科学院南海海洋所启动了我国首个黑潮南海综合科考航次，将重点考察和研究黑潮暖流在吕宋海峡的路径、影响范围及其对南海生态环境的影响。
物理海洋学家苏纪兰院士指出，黑潮是沿北太平洋西边界一股由南向北、高温高盐的强大暖流。这股强大暖流对邻近东亚地区的航海、渔业生产、海洋环境以及气候均有影响。他认为，对黑潮本身及其所诱生的近海和陆架环流进行研究，具有非常重要的科学价值和现实意义。
实际上，黑潮的水并不黑，甚至比一般海水更为清澈透明。由于黑潮海水浊度极低，易吸收阳光中的红、黄色光波，偏重散射蓝色光波，所以人们往下看海水时，海水成了蓝黑色，所以称其为“黑潮”。
黑潮是海洋中第二大暖流，起源于热带地区，西行到达菲律宾沿岸后北上，流经吕宋海峡、台湾以东，穿过东海，再返回太平洋经日本南部向东流去。黑潮温度、盐度皆高，横向幅度超过一百公里，向下深度约一千米，流速快，流量大。黑潮对西北太平洋及我国近海的海洋生态环境、渔场建设、海洋工程以及国防安全等都有巨大影响，与我国东部天气系统和气候也有密切关联。
据了解，从1986年起，中日两国海洋学家开始了为期7年的黑潮联合调查研究，每年进行四个航次的大规模海上调查，苏纪兰是这个大课题的中方首席科学家。在他主持下，中方每年举行一次讨论会，共主编了5个讨论论文集，不断加深学界对黑潮、琉球海流和黄东海陆架环流的认识。
与此同时，中国科学院南海海洋所从20世纪80年代末开始对南海进行调查研究，调查区域主要集中在南海北部陆架附近海域以及南沙群岛附近。20多年来，研究人员始终没有间断研究，还扩大了调查范围，维持了一条从海南到吕宋，横贯南海的观测断面，为推进黑潮流动路径及其影响研究积累了大量基础材料。
2．探索太平洋沃克环流动能的新发现
揭示太平洋沃克环流动能增强的原因。[33]2021年11月11日，中国科学院大气物理研究所周天军研究员主持，博士生巫明娜以及德国马普气象研究所学者参加的一个国际研究团队，在《自然·通讯》发表论文称，他们研究表明，太平洋年代际振荡位相的转变，是1980年以来太平洋沃克环流动能增强的主要原因，其贡献要大于人为辐射强迫的作用。
太平洋沃克环流是热带太平洋最重要的大气环流系统，是在热带太平洋海表温度东西向梯度驱动下，产生的闭合热带纬向环流圈，其变化能够对热带及热带外的气候异常产生显著影响。例如，在全球尺度上，太平洋沃克环流能够通过海气相互作用影响气候系统的能量收支；在区域尺度上，其强度的变化能够调节南亚季风区、海洋大陆和亚马逊等地区的局地水循环。尽管气候模式预估伴随全球增暖，长期来看未来沃克环流将减弱，但是观测资料却表明，自1980年来太平洋沃克环流呈增强趋势，原因存在较大争议。
针对1980年以来太平洋沃克环流增强的原因问题，该研究团队基于多套气候系统模式大样本集合模拟试验结果，首次定量估算了外强迫和内部变率在近期太平洋沃克环流增强中的相对贡献。
结果指出，太平洋年代际振荡是决定1980年以来太平洋沃克环流增强的主要内部变率因子。太平洋年代际振荡是指太平洋海表温度年代际尺度上20～30年准周期的振荡现象，其正位相特征是热带太平洋中东部海温偏暖，热带暖异常沿美洲西海岸分别向两半球延伸至温带北太平洋和南太平洋，同时，中纬度北太平洋和南太平洋的海温偏冷；负位相的海表温度距平则反号。
太平洋年代际振荡位相的转换通过改变热带太平洋海温东西向梯度的变化，最终影响太平洋沃克环流的强度。当太平洋年代际振荡位相由正转负时，热带太平洋海温东西梯度增大，太平洋沃克环流增强，反之则减弱。
研究指出，在1980～2015年间，太平洋年代际振荡位相由正转负，解释了该时段内太平洋沃克环流增强幅度的大约63%。基于太平洋年代际振荡和太平洋沃克环流的关系，他们通过挑选与观测中太平洋年代际振荡位相变化一致的集合成员，进一步尝试预估了未来36年太平洋沃克环流的变化。结果表明，太平洋年代际振荡对太平洋沃克环流的主导作用能够持续到未来30多年，伴随着太平洋年代际振荡正位相的恢复，太平洋沃克环流将减弱。太平洋沃克环流的减弱，将引起南亚季风区和海洋大陆地区降水的减少，以及亚马逊西北部地区的变干。
3．探索大西洋洋流动能的新发现
发现大西洋洋流动能近几十年来明显减弱。[34]2018年4月11日，《自然》杂志发表了两篇分析大西洋经向翻转环流减弱的研究论文。这一洋流对气候具有重要影响，涉及热量的再分配，并且影响碳循环。研究发现，它近几十年来明显减弱，但这是否反映了长期性的自然变化仍不为人知。
在第一篇论文中，英国伦敦大学学院的研究团队，此次提供的古海洋学证据表明，自1850年左右的小冰期末期开始，拉布拉多海的深对流和经向翻转环流，与之前的1500年相比，已经变得异常微弱。研究人员认为，小冰期的结束与北冰洋及北欧海的淡水释放有关，而这种淡水释放引起了经向翻转环流的变化。但这一洋流的转变是在小冰期末期突然发生，还是在过去这些年里逐渐发生，尚难以确定。
在第二篇论文中，德国波茨坦气候影响研究所的团队，把整体全球气候模型与全球海面温度数据集结合，发现自20世纪中期以来，经向翻转环流的减弱“痕迹”约为3斯维尔德鲁普(海洋学使用的流量计量单位)。该痕迹在冬季和春季最明显，包括由热传输减少引起的大西洋近极地区的降温，以及由墨西哥湾流平均路径北移引起的墨西哥湾区域变暖。
这两项研究，在经向翻转环流减弱的时间点方面存在分歧，这可能反映了经向翻转环流的表达存在许多细微差别。在相应的新闻与观点文章中，美国地质调查局科学家认为，从科学角度看，现代经向翻转环流处于相对微弱的状态让人感到安慰。但他们总结称，从未来气候变化场景的大背景下看，也许就不那么令人安心了，因为经向翻转环流减弱可能导致北半球的气候和降水类型发生重大变化。
4．探索墨西哥湾洋流动能的新发现
研究显示墨西哥湾洋流流速接近停滞。[35]2021年8月5日，英国《卫报》报道，气候学家近日监测到世界第一大海洋暖流墨西哥湾流，即大西洋经向翻转环流的崩坏迹象，洋流流速接近停滞，一旦突破临界点，将会对全球气候造成毁灭性影响。
据报道，大西洋经向翻转环流自20世纪开始就几乎失去了稳定性，流速处于1600年以来最慢的状态。一项新的分析发现，其流速现已近乎停滞。
研究人员称，墨西哥湾流的停滞将对全球造成毁灭性的影响：破坏印度、南美和西非数十亿人赖以生存的降水条件，导致欧洲暴风天气增多、气温下降，提升北美东部的海平面，并危及亚马逊的雨林和南极的冰盖。
来自德国波茨坦气候影响研究所的尼克拉斯·布尔斯表示：“洋流不稳定的迹象显而易见，而这件事影响过于重大，绝对不能发生。”
全球变暖通过改变洋流的温度和含盐量，增加了洋流的不稳定性。大西洋经向翻转环流的复杂性和全球变暖的不确定性，使得目前无法预测洋流崩坏的具体日期。布尔斯指出：“目前，还不知道什么程度的二氧化碳会引发洋流的崩坏，我们唯一能做的就是尽可能少地排放。我们每向大气中排放一克二氧化碳，这种极端事件发生的可能性就会增加。”
（三）研究影响洋流因素与洋流带来的影响
1．探索影响洋流因素的新发现
研究表明海猴子等浮游动物迁移影响全球洋流。[36]2014年10月，美国加州理工大学莫妮卡·威廉默斯和约翰·达毕里等人组成的研究小组，在《流体物理》期刊发表研究报告说，他们在实验中证实了浮游动物迁移模式所引起的海流，比种群里单个微生物所引起的海流的总和要大得多。其结果表明，小型海洋微生物的群体运动，对全球洋流模式所产生的影响，可能和风力或者潮汐力一样显著。
一直以来，咸水虾海猴子因其显而易见的生命周期，吸引着人们的目光。不过，物理学家感兴趣的是它们生活里的一种短期运动模式：像其他的浮游动物一样，这些咸水虾根据光线变化，在水中成群地上下垂直迁移，它们在夜晚靠近海面，在白天又退回深海。
研究小组在一个大的蓄水箱中，利用激光聚集并诱导了一群海猴子的垂直迁移运动。研究人员在水箱周围用蓝色激光诱导咸水虾向水体表面移动，在水箱顶部用绿色激光使之聚集在水中央。为了再现咸水虾群体迁移后的海流模式，研究人员在水中混入了很多细小的镀银玻璃颗粒，并用高速相机拍下水流在海猴子群体迁移过程中所经历的分布变化。
如果是单个运动，所造成的水流扰动并不会强大到对洋流模式产生影响。但当两个或更多的微生物彼此相邻做集体运动时，单个微生物所造成的涡流，会彼此相互作用从而产生更强大的旋转流体力，在大面积范围内影响水体环流。
达毕里说：“这项研究，揭示了一种显著的、以前从未被观察过的生物学和海洋物理学的双向结合：海洋中的微生物，能够通过集体游动影响它们的生活环境。”
2．探索洋流带来影响的新发现
研究表明深海洋流减缓或将引发多个连锁反应。[37]2023年3月29日，澳大利亚新南威尔士大学教授马修·英格兰等人组成的一个研究小组，在《自然》杂志发表论文称，他们新近的研究表明，如果温室气体排放量继续保持今天的水平，到2050年，海洋最深处的洋流可能会减慢40%。
这项研究关注的深海洋流，存在于海平面4000米以下。南极区域的海水由于温度低、密度大而下沉，并从海底往北向热带地区扩散，最终形成环流。深海洋流形成的环流，有助于在全球范围内输送营养物质。海洋生物死亡后沉入海底，分解为营养物质后随着上升流返回，为浮游植物提供养分。洋流减缓将直接影响海洋食物链的基础。
研究人员指出，深海洋流减慢或将产生一系列连锁反应，包括推高海平面、改变全球气候、使海洋生物缺乏营养来源等。他们还指出，深海洋流的减缓可能导致大陆周围的表层海水升温，从而加剧冰层融化。此外，海洋吸收二氧化碳的能力也可能因洋流变慢而减弱。
