波弗特環(huán)流——北極“水龍卷”

上圖：北極浮冰。?趙宇 | 綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）

提到北極，很多人會想到冰雪覆蓋的廣袤海域和北極熊、企鵝等極地動物，但其實在這片遙遠的地方，還有一個我們不太熟悉但卻至關重要的海洋環(huán)流——波弗特環(huán)流（Beaufort Gyre）。它位于北極海西部，靠近阿拉斯加和加拿大的海岸，長期以來被認為是北極海洋中的“水循環(huán)”系統(tǒng)之一。波弗特環(huán)流不僅對北極地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有著重要影響，還可能對全球氣候產(chǎn)生深遠的作用。今天“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編就來聊一聊這個神秘的“水龍卷”，看看它為什么這么重要、以及它如何影響我們?nèi)祟惖纳睢?/p>

先來看看，波弗特環(huán)流是什么？

波弗特環(huán)流的名字來源，還得追溯到英國水文學家和制圖學家弗朗西斯·波弗特（Francis Beaufort）。他在19世紀初創(chuàng)建了波弗特風力等級——一種用于描述風力的系統(tǒng)。雖然波弗特本人主要以其風力等級而聞名，但后來的科學家們?yōu)榱思o念他對海洋和氣象學的貢獻，將北冰洋中這個重要的環(huán)流系統(tǒng)命名為“波弗特環(huán)流”。

簡單來說，波弗特環(huán)流是北極海洋中的一股強大的海洋旋流，它像一個巨大的漩渦，水體圍繞一個中心旋轉(zhuǎn)。它主要由風力驅(qū)動，順著北極高氣壓區(qū)的風向，海水在波弗特環(huán)流內(nèi)不斷流動。你可以想象它像一個大水池中的水流，水流不會亂流，而是會沿著一定的軌跡旋轉(zhuǎn)。這個旋轉(zhuǎn)的方向通常是順時針，也就是我們所說的“順時針旋轉(zhuǎn)的環(huán)流”。

那么，為什么波弗特環(huán)流會這么重要呢？一個關鍵的原因是，波弗特環(huán)流內(nèi)儲存了大量的淡水，特別是北極海域的淡水。

這些淡水主要來自北極附近的河流，尤其是俄羅斯的河流所帶來的水分。波弗特環(huán)流就像一個巨大的“水庫”，將這些淡水集結(jié)在一起，形成一個所謂的“水穹頂”。這種淡水的積累對于北極的海洋環(huán)境和氣候變化有著深遠的影響。

要理解這一點，我們得知道海洋中的淡水是如何影響整個氣候系統(tǒng)的。

我們都知道，海水的鹽分和溫度對海洋的流動方式有著決定性的影響。海水越咸、水就會越重，流動起來就會有一定的規(guī)律。而當大量的淡水進入海洋時，它會改變水的密度，使得海水的流動變得更加復雜。波弗特環(huán)流就是這樣一個典型的例子——它是北極海域的一個巨大的水流系統(tǒng)，里面儲存了大量的淡水。當這些淡水的儲量發(fā)生變化時，它就可能影響到整個北極地區(qū)甚至更大范圍內(nèi)的海洋循環(huán)，進而影響到全球的氣候變化。所以長期以來，科學家們一直對波弗特環(huán)流的變化高度關注，因為它可能帶來不小的氣候變化，甚至影響到全球的天氣模式。

這張圖片展示了北極圈以北（60°N以上）的海底地貌，其深度信息（以顏色區(qū)分）來源于最新的全球海洋深度數(shù)據(jù)集合。圖中清晰地呈現(xiàn)了北極地區(qū)兩大主要海洋環(huán)流系統(tǒng)：波弗特環(huán)流（用藍色箭頭表示）和波弗特高壓（用紅色陰影標示）。為了便于研究，圖中還特別標出了一個稱為“BGx區(qū)域”的黑色方框，該區(qū)域用于分析氣候模型（CMIP6）中擴展的波弗特環(huán)流。此外，圖中還通過編號方框（1、2、3）標示了基于實際觀測所得的波弗特環(huán)流和波弗特高壓的中心位置，以及海冰厚度最大值所在的參考區(qū)域。最后，為了便于鹽度數(shù)據(jù)的空間對比，圖中還用灰色方框（A和B）標出了西弗拉姆海峽和戴維斯海峽這兩個重要海峽的位置。圖源：Athanase, Marylou, et al.

說到這里，你可能會想，波弗特環(huán)流是怎么形成的呢？它是如何與北極的氣候變化相互聯(lián)系的？

其實，這個問題并不簡單。波弗特環(huán)流的形成與北極地區(qū)的風力、海冰、海水之間的相互作用密切相關。北極高氣壓區(qū)的風力會推動海水流動，形成順時針旋轉(zhuǎn)的環(huán)流。而這個環(huán)流內(nèi)的水體，會受到地球自轉(zhuǎn)的影響，呈現(xiàn)出一種類似“離心力”的效果，將水往環(huán)流的中心推擠，從而形成一個“水穹頂”。

不過，隨著全球氣溫的升高，波弗特環(huán)流的“水穹頂”發(fā)生了變化。過去，北極海域的海冰在這個環(huán)流中循環(huán)，經(jīng)過多年積累，逐漸形成了厚重的、多年冰。但是，隨著氣候變暖，海冰開始融化，波弗特環(huán)流內(nèi)的淡水量不斷增加，這也使得北極的冰層變得越來越薄。而且，這種變化不僅限于北極海域，全球其他地區(qū)的氣候也可能受到波弗特環(huán)流變化的影響。

2023年的一篇研究顯示，過去二十年間，波弗特海的淡水含量已驚人地增加了40%。

科學家們擔憂，隨著海冰融化達到臨界點，波弗特環(huán)流可能將大量淡水釋放到北大西洋，這可能導致AMOC減弱甚至崩潰。大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（AMOC），包括了我們熟知的“墨西哥灣暖流”系統(tǒng)，是驅(qū)動大西洋洋流的關鍵系統(tǒng)，它通過溫鹽差異驅(qū)動海水的垂直運動，將熱帶的暖水輸送到高緯度地區(qū)，對調(diào)節(jié)北大西洋地區(qū)的氣候至關重要。如果大量淡水涌入北大西洋，將改變海水的鹽度，削弱AMOC的驅(qū)動力，進而影響整個北半球，尤其是歐洲的天氣模式。

冰川融雪形成的瀑布，正在從冰崖壁上的縫隙中噴薄而出。攝影師：趙宇 ?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）

那么，波弗特環(huán)流的變化會對全球氣候帶來什么樣的影響呢？這個問題的答案可能比我們想象的要復雜得多。

科學家發(fā)現(xiàn)，隨著北極海冰的融化，波弗特環(huán)流內(nèi)的淡水逐漸被釋放到海洋中，而這些淡水的流動可能會影響到大西洋的海洋循環(huán)。你可以把這個過程想象成一個巨大的水泵，當波弗特環(huán)流將大量淡水釋放到海洋中時，它就像是一個“大水泵”，推動海水流動。

這時，大西洋的海洋環(huán)流可能會受到影響，特別是所謂的“熱鹽環(huán)流”。這個環(huán)流是全球氣候系統(tǒng)的一個重要組成部分，它負責調(diào)節(jié)地球的溫度。熱鹽環(huán)流通過海洋的熱量傳遞，幫助溫暖的水流向極地，而寒冷的水流則向赤道地區(qū)流動。波弗特環(huán)流釋放的淡水可能會干擾這個熱鹽環(huán)流的正常運作，導致大西洋的水溫發(fā)生變化，從而影響歐洲和北美的氣候，甚至可能引發(fā)極端氣候事件的增加。

其實，科學家早就發(fā)現(xiàn)了波弗特環(huán)流和氣候變化之間的緊密聯(lián)系。隨著氣溫升高，波弗特環(huán)流的淡水儲量逐漸增加，而這種淡水積累的過程與北極海域的風力變化密切相關。北極的風力模式會影響波弗特環(huán)流的旋轉(zhuǎn)方向，從而改變淡水的流動方式。在某些情況下，如果風力模式發(fā)生變化，波弗特環(huán)流的旋轉(zhuǎn)方向可能會發(fā)生反轉(zhuǎn)，從順時針轉(zhuǎn)為逆時針。這種反轉(zhuǎn)可能會導致大量淡水流出北極，進入北大西洋，從而影響全球氣候系統(tǒng)。

你可能會想，這些變化具體會如何影響我們的生活呢？事實上，波弗特環(huán)流的變化可能不僅僅會影響北極地區(qū)的氣候，還可能對全球氣候產(chǎn)生連鎖反應。比方說，北極冰層的融化和海水循環(huán)的改變可能導致海平面上升，進而影響沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、以及人類社會的生存環(huán)境。更重要的是，波弗特環(huán)流的變化可能影響到全球氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而對農(nóng)業(yè)、生態(tài)系統(tǒng)以及人類的生活產(chǎn)生廣泛的影響。

科學家們通過對波弗特環(huán)流的研究，已經(jīng)取得了一些有益的發(fā)現(xiàn)。

在分析波弗特環(huán)流內(nèi)的淡水變化之后，科學家們發(fā)現(xiàn)，波弗特環(huán)流的淡水儲量每年都在增加，形成了一個逐漸上升的“淡水穹頂”。這個“穹頂”自2002年以來已經(jīng)上升了大約15厘米，到2011年時，它的體積已經(jīng)達到了約8000立方千米。這一發(fā)現(xiàn)讓科學家們意識到，波弗特環(huán)流正在發(fā)生變化，并且這種變化可能會對全球氣候產(chǎn)生深遠的影響。

過去20年來，我國學者對于波弗特環(huán)流的研究也不少。“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編查閱百度學術的中文文獻時發(fā)現(xiàn)，有108篇研究是關于這個環(huán)流的。

不過，波弗特環(huán)流的研究依然面臨許多挑戰(zhàn)。北極地區(qū)極端的天氣和復雜的環(huán)境條件，讓科學家們很難在冬季對波弗特環(huán)流進行觀測。而且，北極地區(qū)的海冰和極晝極夜現(xiàn)象也給研究帶來了不小的困難。但是，隨著科技的進步，科學家們逐漸能夠通過衛(wèi)星、潛艇以及冰面站點等方式，獲取更多關于波弗特環(huán)流的數(shù)據(jù)，為人類更好地了解這個環(huán)流的變化和其對氣候的影響提供了寶貴的信息。

波弗特環(huán)流雖然位于遙遠的北極，但它對全球氣候和環(huán)境的影響卻是深遠的。隨著氣候變化的加劇，波弗特環(huán)流的變化可能成為我們預測氣候變化趨勢的重要參考。未來更深入的研究，或許能夠讓我們更好地了解、應對全球氣候變化。

文 | 王海詩（Amphitrite Wong）

編輯 | Linda Wong

排版 | 綠葉

參考資料略