过去千年火山喷发对不同海洋模态的影响

【作者】 陈可凡； 宁亮； 刘征宇； 刘健； 严蜜； 孙炜毅；

【机构】 南京师范大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室,教育部虚拟地理环境重点实验室,江苏省地理环境演化国家重点实验室培育基地,江苏省地理信息资源开发与应用协同创新中心,南京师范大学地理科学学院； 青岛国家海洋科学技术实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室； 马萨诸塞大学阿默斯特分校地球科学系气候系统研究中心； 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室； 俄亥俄州立大学地理系； 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院；

【摘要】 大西洋经向翻转环流(AMOC)是气候系统的关键组成部分。然而,过去千年AMOC的演化特征及其驱动机制仍存在较大的不确定性。本研究基于现有的古气候AMOC代用指标、多种气候模式模拟以及数据同化方法,首次揭示AMOC在小冰期(LIA)呈现缓慢下降趋势,减少幅度约为-1.2±0.3 Sv(6%)。这一减弱主要由爆发性火山喷发引起。火山喷发首先能够导致AMOC在年代际时间尺度上增强,之后在百年尺度上减弱。机制分析显示,火山引起的冷异常通过动力作用下沉并在深海中存储百年,维持了百年尺度表层海水的降温。表层的冷异常导致蒸发减弱、淡水通量增加,因此深对流区的海水密度长期减弱。在此基础上,本研究对比了火山喷发和AMOC长期减弱影响下,大西洋与其他大洋的洋热容量(OHC)变化,及其对小冰期降温的影响。研究结果显示,大西洋虽然由于AMOC减弱,其对冷异常的存储深度更深,但太平洋由于面积更大存储的冷异常是大西洋的2倍,对小冰期百年尺度冷事件的形成起主导作用。火山引发的冷却最初在太平洋黑潮-亲潮延伸体(KOE)和澳大利亚以东海域下沉,随后在中层和深层水团中维持数百年,最终通过混合、对流和通风等过程影响海表温度变化,维持了小冰期百年尺度的冷异常。更多还原