在全球变暖的大背景下，北大西洋副极地海域（SPNA）却如同一块“异类”，表现出独特的表面冷却现象，被称为“北大西洋暖洞”。我院耿新副教授与韩国首尔大学Jong-Seong Kug教授及其课题组合作的一项发表于《Journal of Climate》的最新研究表明，北大西洋暖洞的未来并非一成不变，在快速温室气体排放情景下，它将上演一场“先冷却、后急剧变暖”的气候反转剧。

该研究基于CESM2模式设计的一套理想化数值实验，即设定了三种从2000年到2100年线性增加的CO2排放情景：正常变暖（ER1.0，CO2排放情景类同于CMIP6中的SSP5–8.5）、快速变暖（ER1.5，排放率为ER1.0的1.5倍） 和缓慢变暖（ER0.5，排放率为ER1.0的一半）。每种情景均包含7个不同的集合成员，以确保研究结果的稳健性。结果发现，北大西洋暖洞对全球变暖的速率较为敏感。在ER0.5和ER1.0情景下，SPNA区域的海表温度近乎持续冷却，但在ER1.5的快速变暖情景下，SPNA地区海温冷却大约只能维持50年，之后将被强大的变暖趋势所取代（图1）。进一步研究揭示，北大西洋暖洞会触发两个相互竞争的气候反馈。初期，一个通过减少蒸发、降低盐度、抑制深海对流而产生的“正反馈”占据主导，因此海表温度持续冷却。但随着变暖加剧，深海对流达到临界值并最终崩溃，这个冷却机制随之失效。此时，另一个由海表热通量减少导致的海洋热量损失减少主导的“负反馈”机制开始占据主导，并导致该区域温度急剧上升（图2）。

在快速变暖的情景下，北大西洋海气系统被推过了一个‘临界点’，深海对流的永久性崩溃是游戏规则改变者。它关闭了主要的冷却机制，使得热力学增暖效应毫无阻碍地显现出来。这意味着，控制全球变暖的速度，不仅关乎全球平均温度，还能直接决定关键区域气候系统的未来变化。这项研究为预测北大西洋乃至全球气候的未来变化提供了新视角。该海域的热量变化对欧洲气候和全球洋流有着深远影响，理解其非线性的演变路径，将有助于制定更精准的气候适应策略。

图1 (a) NAWH指数、(b) SPNA海表温度指数在CESM2 ER0.5（蓝色）、ER1.0（绿色）和ER1.5（红色）试验中的时间演变。阴影区域表示七个集合成员±1个标准差范围，反映了基于集合离散度计算的预测不确定性。(a)-(b)中的海表温度变化是相对于1971-2000年气候基准值计算的。所有时间序列均经过9年滑动平均处理。垂直虚线将整个时期划分为P1（2001-2055年）和P2（2056-2100年）两个阶段

图2 CESM2 ER1.5试验中SPNA区域海表温度（SST）未来变化的机制示意图。负反馈回路主导的增暖效应持续存在，而正反馈回路相关的冷却效应在P1阶段生效；当拉布拉多-伊尔明厄海（LAIR）的深层对流在P2阶段崩溃后，该正反馈回路随即失效

论文信息：

Geng, X., J.-H. Oh, Y. Shin, J. Shin, K.-M. Noh, S.-W. Park, J.-S. Kug*, Non-monotonic future changes in the North Atlantic warming hole under a fast CO2 emission scenario. Journal of Climate. 38, 6011–6023. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-24-0437.1.