墨西哥湾流有多稳定?它会突然停止吗?

Question

我不完全清楚是什么西方的强化但它看起来像一个非常强大的(组合)力量，大概不太可能在几年(甚至几十年，几个世纪)的时间尺度上发生变化。

但我记得前一段时间读到，全球变暖已经引起了显著增加的数量新鲜的(与盐相反)水在欧洲一端被引入系统。我认为这是“一次性”的冰川和冰雪融化，在以前是永久冻土的地区，但据我所知，欧洲西北部降水的(潜在)大量增加可能更简单。

我坦率地承认，我不知道暖/冷/咸水/淡水在墨西哥湾流系统热力学中的相对重要性，这可能是相关的。但我真正想知道的是……

我们对墨西哥湾流的了解是否足以回答我题目中提出的问题?

Answer 1

关于这个问题有一个很好的概要RealClimate，以及维基百科上关于这个主题的文章．

这里总结一下主要观点:

• 墨西哥湾流是经向翻转流(全球海洋传送带)的一部分，主要由风驱动，其次是温盐驱动。墨西哥湾流本身也主要是由风驱动的。
• 北大西洋的热盐驱动因素有所减少，这是由于温度升高，以及主要来自西伯利亚永久冻土融化的淡水流入。系统的这一部分确实在波动(就像大多数部分一样)，但确实有一种趋势。
• 这些变化不足以威胁到墨西哥湾流，而且还没有观察到任何不能用自然变化来解释的整体放缓。
• 很可能是墨西哥湾流将在接下来的几个世纪里变慢(在IPCC的一些模型中出现了到2100年的变慢)。
• 完全关闭是可能的(以前发生过，特别是在新仙女木时期)，但很难预测，因为原因还不是很清楚。但这似乎不太可能在短期内发生。

Answer 2

在某种程度上，由于浮力的作用，海洋的对流运动是由差热引起的。然而，有可能表明，大部分海洋的净(垂直综合)水平输送完全是由于水面上风应力的作用(Sverdrup, 1947)。换句话说，主要洋流的模式是风应力模式的直接反映。

在西边界，气流增强的主要原因是由于β\美元-效应，或科氏力随纬度的增强。由于赤道东风比中纬度西风更强，这种影响导致海洋表面的坡度在西侧更陡，因此地表水在西部边界堆积。由于位涡量的守恒，更陡的坡度导致环流一侧的地转流更快(即西向强化)。

向西增强的另一个原因是密度梯度，即纬向密度梯度的标志。例如，如果极地地区的密度突然变得比赤道地区的密度小，那么西部边界流就会大大减弱。另一种说法是通过向西传播的行星罗斯比波引起的能量积累来解释西向强化现象。

如果我们假设墨西哥湾流的流速是$U \sim 1$M /s的平均值(最大值可能是它的两倍)，那么流体包的单位体积动量将是$ $ $ $ $ $ $ $ $公斤米$ ^ {2} $年代$ ^ {1} $．典型的估计表明，墨西哥湾流横断面上的总质量运输量约为$90 \cdot 10^6$米$ ^ {3} $年代$ ^ {1} $的水。相比之下，大气中急流中的流体元素的动量比墨西哥湾流中的流体元素的动量小一个数量级，尽管风速比水流速度大一百倍。

假设墨西哥湾流有一个总体积$V = L \cdot W \cdot D$，其中长度$ 1 = 2500$Km，宽度$ w = 75$Km和深度$ d = 800$那么，作为一个粗略的近似，我们可以估计总力$ F $它一定作用在流体上(比方说)2美元年足以引起体积流体动量的变化$m \ δ v = \rho v \ δ v$使得墨西哥湾暖流停止。根据牛顿第二定律，代入一些典型值:

$F = m \frac{\Delta v}{\Delta t} = 2.5 \cdot 10^9$N

假设这个力是通过表面风施加的，假设它的作用一直延伸到洋流的底部。那就需要风应力$\tau = 0.01$如果作用至少两年，这个数字当然需要更高，因为实际上风应力加速了水柱的顶层，其影响随着深度而减弱。注意，典型的海洋风应力值约为$ 0.1美元Pa。这表明，从纯粹的物理原理来看，在两年内阻止墨西哥湾流是现实的。

然而，如果没有完全扭转已经建立的风模式，加上两极附近的密度与赤道附近相比急剧减少，这是不可能的。后者就是为什么一些模型预测墨西哥湾流未来会放缓的原因，因为人为的地球加热导致极地冰融化，海水变得更新鲜，密度更低。幸运的是，正如@naught101指出的那样，这种规模的变化在不久的将来不太可能发生。

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斯维德鲁普，哈拉尔德·乌尔里希。斜压海洋中由风驱动的洋流;用在东太平洋的赤道洋流上。”美利坚合众国国家科学院院刊33.11(1947):318。

Pedlosky,约瑟夫。地球物理流体动力学。纽约和柏林，斯普林格出版社，1982年。636 p. 1(1982)。