基于 NASA-GISS ModelE 的中等未来气候情景下北大西洋环流的随机分岔

摘要 使用 NASA GISS-E2-1-G 气候模型进行的 10 成员集合模拟显示，在 SSP2–4.5 扩展情景下，大西洋经向翻转环流（AMOC）强度存在明显的分岔。在 26°N 处，分岔导致了 8 个强 AMOC 状态和 2 个弱得多的 AMOC 状态，而在 48°N 处，则导致了 8 个稳定的 AMOC 开启（AMOC-on）状态和 2 个几乎完全处于 AMOC 关闭（AMOC-off）的状态，后者持续了大约 800 年。多种全耦合模型已通过淡水强迫（hosing）实验（即在北大西洋亚极区规定足够的淡水输入）证实了 AMOC 的临界点。在 GISS 模拟中，不存在外部淡水扰动。该分岔在耦合系统中自发产生，是在温室气体强迫减缓后，与伊尔明厄海（Irminger Sea）的海冰输送和融化相关的随机变率（噪声诱导分岔）的结果。虽然 AMOC 强度最初随着拉布拉多海（Labrador Sea）深对流的近乎停止而变化，但伊尔明厄海的盐度和深层混合决定了 48°N 处 AMOC 恢复或接近崩溃的时间点，这在各个集合成员之间差异很大。其他反馈（如冰-反照率、冰-蒸发、E − P 以及翻转盐平流反馈）起次要作用，可能会增强或减弱海冰融化这一主要机制。我们认为，这是耦合气候模型首次在初始条件集合中展现出这种分岔，并可能意味着由于系统的内部变率，AMOC 有发生显著且持久减缓的可能。重要性声明 我们认为，这是首次在采用相同气候强迫且无规定淡水扰动的地球系统模型模拟集合中报告 AMOC 的分歧行为。这种响应是经反馈增强的噪声诱导分岔的体现，揭示了随机（或内在）变率在 AMOC 稳定性中可能发挥的作用。