墨西哥湾流“混合效应”的第一个直接证据——

- 编辑:大众自然网 -

墨西哥湾流“混合效应”的第一个直接证据——

马里兰大学的研究人员发现重要的海洋混合效应可能影响气候和渔业从佛罗里达到纽芬兰。

一项新的研究为墨西哥湾流的混合器效应提供了第一个直接证据,确认了一种通过快速流动的洋流混合水的新机制。这些结果对天气、气候和渔业有着重要的影响,因为海洋混合在这些过程中扮演着关键的角色。墨西哥湾流是影响佛罗里达、纽芬兰以及欧洲西海岸气候和生物生产力的最大因素之一。

由马里兰大学的一名研究人员领导的多机构研究显示,沿墨西哥湾流边缘的翻腾,穿过一公里的区域,可能是洋流两边海水混合的主要来源。这项研究发表在2020年7月6日的《美国国家科学院院刊》上。

关于墨西哥湾流究竟是起到了搅拌机的作用还是阻碍海洋混合的作用,长期以来的争论主要集中在直径数十公里到100公里的大洋大漩涡上。该研究的主要作者、明尼苏达大学大气和海洋科学系的助理教授雅各布·韦纳格拉特说。我们给这场争论添加的新证据是,千米尺度上的变化似乎造成了大量的混合。这些规模真的很难监测和建模。

当墨西哥湾流沿着美国和加拿大的东海岸逆流而上时,它将热带地区的温暖盐水带入北大西洋。但目前还创建了一个看不见的海洋的水墙,将两个截然不同的区域:冷,新鲜的水沿着墨西哥湾流的北部边缘,逆时针方向旋转,和温暖的,咸水域的南部边缘电流顺时针方向传播。

在墨西哥湾流中发生了多少海洋混合一直是科学界争论的问题。因此,预测气候、天气和生物生产力的海洋模型并没有完全解释洋流两边两种截然不同的水混合的原因。

为了进行这项研究,研究人员必须把他们的仪器带到源头:墨西哥湾流的边缘。两组科学家乘坐两艘全球级别的研究船,冒着冬季风暴在大西洋上沿着墨西哥湾流北部前沿释放荧光染料,并在接下来的几天追踪其路径。

第一个研究小组将染料和一个装有声音信标的浮子一起释放。在下游,第二个团队跟踪浮子,监测染料浓度以及水温、盐度、化学和其他特征。

回到岸上,Wenegrat和他的合作者开发了高分辨率的物理过程模拟,这些物理过程可能导致染料在水中分散,就像实地小组记录的那样。他们的结果表明,一公里范围内的湍流对染料的路径产生重要影响,并导致水的盐度和温度等性质的明显混合。

这些结果强调了变异性在非常小尺度上的作用,而这些尺度目前很难用标准方法观察到,例如卫星观测。Wenegrat说。这种规模的变异性目前还没有在全球气候模型中得到解决,在未来几十年也不会得到解决,因此它让我们想知道,我们错过了什么?

通过表明横跨墨西哥湾流的小规模混合可能会产生重大影响,这项新的研究揭示了一个重要的、未被充分认识的对海洋环流、生物和潜在的气候的贡献。

例如,墨西哥湾流在所谓的海洋生物泵系统中扮演着重要的角色,该系统可以捕获过量的二氧化碳,使地球免受全球变暖的影响。在墨西哥湾流地区的表层水域,海洋混合影响了浮游植物的生长,浮游植物是海洋食物链的基础。这些浮游植物吸收海面附近的二氧化碳,然后沉到海底,带着碳并将其困在深海中。目前的海洋生物泵模型无法解释横跨墨西哥湾流的小规模混合对浮游植物生长的巨大影响。

为了在这方面取得进展,我们需要找到方法,利用理论、先进的数值模型和新的观测技术,在更精细的尺度上量化这些过程。Wenegrat说。我们需要能够了解它们对大规模循环和海洋生物地球化学的影响。

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实地研究由大学-国家海洋实验室系统船R/V Knorr和R/V亚特兰蒂斯进行,并得到海军研究办公室可伸缩横向混合和相干湍流部门研究倡议的支持。本文的内容不一定反映这些组织的观点。

除了韦纳格拉特,这项研究的共同作者还包括来自斯坦福大学、马萨诸塞大学、达特茅斯大学、剑桥大学、华盛顿大学、维多利亚大学和俄勒冈州立大学的研究人员。