麻省理工学院朱棣文教授 这张图片显示了在北冰洋模拟的漩涡活动
左图显示了海洋表面涡流活动的季节性变化，与右图相比，右图中的涡流行为不受季节的影响，在海洋的更深层次保持不变
信用:吉安卢卡·梅内盖略 漩涡通常被视为海洋的天气
像大气中的大规模环流一样，漩涡以缓慢移动的海洋气旋的形式在海洋中旋转，卷走营养物质和热量，并将它们输送到世界各地
在大多数海洋中，涡流在每个深度都能观察到，并且在表面更强
但自20世纪70年代以来，研究人员在北极观察到了一种特殊的模式:在夏季，北极漩涡类似于其他海洋中的漩涡，在整个水柱中突然出现
然而，随着冬季冰的回归，北极水域变得平静，在冰下的前50米处没有发现漩涡
与此同时，较深的层继续激起漩涡，不受浅水突然变化的影响
几十年来，北极涡旋活动的季节性变化一直困扰着科学家们
现在麻省理工的一个团队有了一个解释
在今天发表在《物理海洋学杂志》上的一篇论文中，研究人员表明，驱动北极涡流行为的主要因素是冰摩擦和海洋分层
通过模拟海洋物理，他们发现冬季的冰起到了摩擦制动器的作用，减缓了表层水的速度，防止它们加速进入湍流漩涡
这种影响只到此为止；研究人员发现，在50至300米深之间，海洋中含盐量较高、密度较大的层起到了隔离水免受摩擦影响的作用，使得漩涡全年都在旋转
这些结果强调了涡流活动、北极冰和海洋分层之间的新联系，现在可以将其纳入气候模型，以更准确地预测北极随气候变化的演变
“随着北极变暖，漩涡的消散机制，我
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麻省理工学院海洋学教授约翰·马歇尔说:“冰的存在会消失，因为夏天不会有冰，冬天会更易移动。”
“因此，我们期望看到的未来是一个更加不稳定的北极，这对北极系统的大规模动态有影响
" 马歇尔论文的合著者包括麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究科学家吉安卢卡·梅内盖洛，以及卡米尔·利科、帕尔·埃里克·艾萨克森、爱德华·多德里奇、让-米歇尔·坎平、赫勒·里根和克劳德·塔兰迪尔
学分:麻省理工学院 在表面下 在他们的研究中，研究人员收集了由伍兹霍尔海洋研究所提供的北冰洋活动数据
这些数据是在2003年至2018年间从测量水柱不同深度的水流速度的传感器收集的
该小组对数据进行平均，产生一个时间序列，从而产生一个典型的北冰洋速度随深度变化的年份
从这些观察中，一个明显的季节性趋势出现了:在夏季的几个月里，冰层覆盖很少，他们在海洋的各个深度看到了高速和更多的涡流活动
冬天，随着冰的生长和厚度的增加，浅水停止，漩涡消失，而深水继续表现出高速活动
“在大部分海洋中，这些漩涡一直延伸到表面，”马歇尔说
“但是在北极的冬天，我们发现漩涡在某种程度上生活在表面之下，就像潜艇在水下一样，它们不会一直浮到表面
" 为了弄清是什么导致了涡流活动的这种奇怪的季节性变化，研究人员进行了一项“斜压不稳定性分析”
“这个模型使用一组描述海洋物理的方程，并确定不稳定性，如大气中的天气系统和海洋中的涡流，在给定的条件下是如何演变的
冰冷的摩擦 研究人员在模型中加入了各种条件，对于每种条件，他们在不同的海洋深度引入了小扰动，类似于表面风或过往船只的波纹
然后他们将模型向前运行，看看扰动是否会演变成更大、更快的漩涡
研究人员发现，当他们插入海冰的摩擦效应和分层效应时，就像在北极水域的不同密度层中一样，该模型产生的水流速度与研究人员最初在实际观察中看到的速度相匹配
也就是说，他们看到没有冰的摩擦，漩涡在所有海洋深度自由形成
随着摩擦力和冰层厚度的增加，在海洋的前50米处，水流变慢，漩涡消失
在这个界限之下，水的密度，我
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它的分层，变化剧烈，漩涡继续旋转
当他们插入其他初始条件时，比如一个不太能代表真实北冰洋的层结，模型的结果与观测结果的匹配度较低
马歇尔解释说:“我们第一个对我们所看到的现象提出了简单的解释，即地下漩涡全年都很活跃，而一旦有冰存在，表面漩涡就会因为摩擦效应而被抹去。”
既然他们已经证实冰摩擦和分层对北极涡旋有影响，研究人员推测这种关系将在未来几十年对北极的形成产生巨大影响
还有其他研究表明，夏季北极冰已经在以每年更快的速度消退，到2050年将完全消失
冰越少，水就会在表面和深处自由地形成漩涡
夏季涡旋活动的增加可能会从世界其他地方带来热量，进一步使北极变暖
梅内盖略指出，与此同时，冬季北极在可预见的未来将被冰雪覆盖
北极变暖是会导致全年更多的海洋湍流，还是会导致季节变化更大，这将取决于海冰的强度
不管怎样，“如果我们进入一个夏天完全没有冰，冬天冰更弱的世界，涡流活动将会增加，”梅内盖罗说
“这对于在水中运动的东西有着重要的意义，比如示踪剂、营养物质和热量，以及对冰本身的反馈
"
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