根据一项新的研究，海洋表面深处的水下波浪 - 有些高达500米 - 在海洋如何储存热量和碳方面发挥着重要作用。

由剑桥大学，牛津大学和加州大学圣地亚哥分校领导的一个国际研究小组量化了这些波浪和其他形式的水下湍流对大西洋的影响，发现它们的重要性并未准确反映在为政府政策提供信息的气候模型中。

人类活动释放的大部分热量和碳被海洋吸收，但它能吸收多少取决于海洋内部的湍流，因为热量和碳要么被推入海洋深处，要么被拉向表面。

虽然这些水下波已经众所周知，但它们在热量和碳传输中的重要性尚不完全清楚。

发表在AGU Advances杂志上的结果表明，海洋内部的湍流对于全球范围内的碳和热量运输比以前想象的更为重要。

海洋环流将温暖的海水从热带带到北大西洋，在那里它们冷却、下沉并在深海中向南返回，就像一条巨大的传送带。这种环流模式的大西洋分支，称为大西洋经向翻转环流(AMOC)，在调节全球热量和碳收支方面发挥着关键作用。海洋环流将热量重新分配到极地地区，在那里融化冰，将碳重新分配到深海，在那里可以储存数千年。

“如果你要拍一张海洋内部的照片，你会看到很多复杂的动力学在起作用，”剑桥应用数学和理论物理系的第一作者Laura Cimoli博士说。“在水面之下，有喷流、洋流和波浪——在深海中，这些波浪可以高达500米，但它们就像海滩上的波浪一样破裂。

“大西洋在影响全球气候方面很特别，”剑桥地球科学系的共同作者Ali Mashayek博士说。“它从上游到深海具有强烈的极对极环流。水在水面上的移动速度也比在深海中快。

在过去的几十年里，研究人员一直在调查AMOC是否可能是北极失去如此多冰盖的一个因素，而一些南极冰盖正在增长。对这种现象的一种可能的解释是，北大西洋海洋吸收的热量需要几百年才能到达南极。

现在，利用遥感，基于船舶的测量和来自自主浮标的数据，剑桥领导的研究人员发现，来自北大西洋的热量可以比以前想象的更快地到达南极。此外，海洋内的湍流 - 特别是大型水下波浪 - 在气候中起着重要作用。

就像一个巨大的蛋糕，海洋由不同的层组成，底部是更冷、更稠密的水，顶部是温暖、更轻的水。海洋内的大多数热量和碳传输都发生在特定层内，但热量和碳也可以在密度层之间移动，将深水带回地表。

研究人员发现，小尺度湍流促进了地层之间的热量和碳的运动，这种现象在气候模型中没有完全体现出来。

来自不同观测平台的混合估计显示，环流上部存在小规模湍流的证据，与海洋内波的理论预测一致。不同的估计表明，湍流主要影响与从北大西洋向南移动到南大洋的深水核心相关的密度层类别。这意味着这些水团携带的热量和碳很有可能在不同的密度水平上移动。

“气候模型确实解释了湍流，但主要是它如何影响海洋环流，”Cimoli说。“但我们发现湍流本身至关重要，并且在海洋吸收多少碳和热量以及储存地点方面起着关键作用。

“许多气候模型对微尺度湍流的作用过于简单化，但我们已经证明它很重要，应该更加小心地对待，”Mashayek说。“例如，湍流及其在海洋环流中的作用可以控制到达南极冰盖的人为热量的数量，以及发生这种情况的时间尺度。

研究表明，迫切需要在全球观测阵列上安装湍流传感器，并在气候模型中更准确地表示小规模湍流，以使科学家能够更准确地预测气候变化的未来影响。