近日，物理海洋教育部重点实验室在Environmental Research Letters（《环境研究快报》）期刊发表了题为“Mean surface density flux constrains the amplitude of AMOC decadal variability”（《平均海表密度通量约束大西洋经向翻转环流年代际变率振幅》）的最新研究成果。研究揭示了北大西洋深对流区背景浮力强迫与AMOC年代际变率之间的平均态—变率耦合机制，为理解不同模式、不同气候状态下AMOC-DV振幅的系统性差异提供了新的物理视角。成果第一作者为实验室/未来海洋学院/海洋与大气学院在读博士研究生徐振邦，通讯作者为物理海洋教育部重点实验室“青年英才工程”第三层次李姝珺副教授。

　　大西洋经向翻转环流（AMOC）是全球气候系统的重要组成部分，可实现跨海盆的热量输送，调节淡水分布、生物地球化学循环与海洋生态系统。AMOC的年代际变率（AMOC-DV）是大西洋气候变率的重要来源，可显著影响北大西洋海表温度、大气环流和陆地水文气候。因此，在全球变暖背景下，AMOC-DV为何发生变化，以及不同气候模式和背景气候状态下其振幅为何存在显著差异，是认识和预测未来北大西洋气候变化的重要科学问题。已有研究表明，全球变暖总体上会削弱AMOC-DV，但对于控制其振幅的关键因素及其物理机制，目前仍缺乏统一认识。

　　针对这一科学问题，研究团队结合CMIP6多情景、多模式资料与CESM2大型集合试验，系统评估了不同气候状态下AMOC-DV的变化特征，并发现北大西洋副极地深对流区的平均海表密度通量对AMOC-DV振幅具有显著而稳定的约束作用。研究发现，在不同模式和气候状态下，平均海表密度通量越强，AMOC-DV振幅越大（图1a）。这一关系不仅存在于不同气候模式之间，在单一模式内部从历史时期向未来变暖时期的演变中同样得到体现。进一步利用CESM2大型集合试验发现，尽管内部气候变率能够造成相同外强迫条件下不同集合成员之间AMOC-DV振幅的差异，但从历史时期向未来变暖时期转变时，平均密度通量和AMOC-DV振幅均呈系统性下降，二者表现出显著的一致变化（图1b）。这些结果表明，背景气候状态的变化是控制AMOC-DV长期演变的重要因素。

　　研究进一步揭示了平均密度通量约束AMOC-DV振幅的“平均态—变率耦合”机制。一方面，较强的平均密度通量能够减弱北大西洋上层海洋层结，使表面密度扰动更容易向深层传播，从而增强AMOC对密度通量扰动的响应效率，即提高系统的“动力增益”（图1c）；另一方面，较强的平均密度通量通常伴随更强的密度通量变率，为AMOC年代际变化提供更强的外部驱动（图1d）。因此，平均海表密度通量不仅决定AMOC对扰动的响应效率，还影响驱动AMOC-DV的扰动强度，二者协同决定AMOC-DV的振幅。

　　研究表明，全球变暖过程中，由于海洋表面热量损失减弱、淡水输入增强，北大西洋深对流区平均密度通量持续减弱，使AMOC系统逐渐由“高增益、强驱动”状态向“低增益、弱驱动”状态转变，从而抑制AMOC年代际变率。这一发现不仅为解释未来AMOC-DV的减弱提供了新的机制，也表明准确模拟北大西洋副极地海区的背景浮力强迫，是可靠预估未来AMOC相关气候变率的重要基础。研究工作得到国家自然科学基金面上项目、崂山实验室科技创新项目、山东省基础研究特区项目以及学校青年英才工程等项目的资助。

图1.平均海表密度通量对AMOC-DV振幅的约束机制。(a) AMOC-DV振幅与平均密度通量的模式间关系；(b) CESM2大型集合试验中平均密度通量与AMOC-DV振幅的关系；(c) 平均密度通量与AMOC-DV对密度通量扰动的响应系数的模式间关系; (d) 平均密度通量与密度通量年代际变率振幅的模式间关系。

文章引用：

Xu Z. -B., S. -J. Li*, C. -Y. Wang and L. -X. Wu, 2026: Mean surface density flux constrains the amplitude of AMOC decadal variability. Environmental Research Letters, 21, 184025. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aea7b8