대서양 전복 순환이 종료 될 수 있습니까?

대서양 전복 순환이 종료 될 수 있습니까?

AMOC의 개략도. 적색 경로는 표면 가까이에서 따뜻한 물을 나타내며 자주색 경로는 깊이에서 더 차갑고 밀도가 높은 물을 나타냅니다. 크레딧 : Met Office

일반적으로 기후 변화는 점진적인 과정으로 생각합니다. 사람이 배출하는 온실 가스가 많을수록 기후 변화는 더 커집니다. 그러나 돌이킬 수없는 변화를 가져 오는“돌아갈 수없는 점”이 있습니까?

“AMOC”로 알려진“대서양 자오선 전복 순환”은 세계 해양의 주요 현재 시스템 중 하나이며 기후 조절에 중요한 역할을합니다.

그것은 온난 한 기후로 인해 화를 낼 위험에 처한 해양 온도와 염분의 섬세한 균형에 의해 좌우됩니다.

최신 연구에 따르면 AMOC는 금세기 약화 될 가능성이 높지만 붕괴 가능성은 거의 없습니다. 그러나 과학자들은 AMOC가 티핑 포인트를 지나칠 수있는 온난화 정도를 정확히 정의 할 수있는 방법이 있습니다.

전복

아래 그림은 AMOC의 그림입니다. 북대서양에서는 아열대 지방의 따뜻한 물이 지표면 근처로 북쪽으로 이동하고 차가워지고 따라서 밀도가 높은 물은 남쪽으로 깊이 이동하며 일반적으로 지표면에서 2-4km 떨어져 있습니다.

북쪽의 따뜻한 지표수는 그 위에 놓인 대기에 의해 냉각되어 차갑고 짙은 물로 변환되고 가라 앉아 깊은 남쪽 지점을 공급합니다. 다른 곳에서는 냉수가 올라가서 데워지고 위, 따뜻한 가지를 다시 공급하고 회로를 완성합니다.

AMOC가 붕괴 될 수 있습니까?

AMOC는 기후 변화에 취약합니다. 온실 가스 증가로 대기가 따뜻해지면서 북대서양 표면에서 열을 잃는 해양의 능력이 감소하고 AMOC의 추진 요인 중 하나가 약화됩니다.

이번 세기의 지구 온난화에 대한 기후 모델 예측은 지속적으로 AMOC의 약화를 지적합니다. 가장 최근의 평가 기후 변화에 관한 정부 간 패널 (IPCC) – 다섯 번째 평가 보고서 (AR5) 및 기후 변화에 따른 해양 및 냉동 지구에 대한 특별 보고서 (SROCC) – AMOC는 21 세기 동안 약화 될 가능성이 매우 높다고 결론 지었다.

이러한 약화는 북대서양 지역의 기후에 냉각 효과를 줄 것이다. 북향 열 공급이 느려지기 때문이다. 이 효과는 기후 예측에 포함되지만 온실 가스 농도의 상승으로 인한 직접적인 온난화 효과는 더 강하므로, 그 결과는 여전히 육지 지역에서 온난화됩니다.

그러나 이론적으로 더 극적인 변화가 가능합니다. 현재의 강력한 AMOC가 지속될 수없는 "티핑 포인트"가 존재할 수 있습니다.

이것에 대한 증거는 정액 종이 현대 해양학의 아버지 중 한 명이 1961 년에 출판 한 헨리 스톰 멜. Stommel은 AMOC가 해수 밀도에 영향을 미치는 온도와 염분의 영향 사이에 일종의 경쟁이라는 것을 깨달았습니다.

대서양 전복 순환이 종료 될 수 있습니까?

아래 그림은 가능한 다른 AMOC 상태를 보여줍니다. 오늘날의 기후에서 온도는 우세하고 차갑고 조밀 한 높은 위도의 물은 강한 AMOC (빨간색 곡선)을 유발합니다. 그러나 다른 기후 상태에서는 담수 (강우 또는 얼음 용해)에서 고위 수를 신선하게 (그리고 가볍게) 가능할 수 있습니다. 이 경우 물은 AMOC를 구동하기에 밀도가 높지 않아 붕괴됩니다 (파란색 곡선).

예를 들어 그린란드 빙상이 빠르게 녹아서 대서양으로 유입 된 담수가 충분히 강하면 파란색 점이 그림의 오른쪽으로 이동합니다. Stommel의 모델에 따르면, 어느 시점에서 강한 AMOC 상태 (빨간색)는 지속 할 수 없게되고 AMOC는“꺼짐”상태 (파란색)로 축소됩니다. 그런 다음, 운전 기후 변화가 나중에 반전 되더라도 (그림에서 왼쪽으로 다시 이동하는 파란색 점) AMOC는 파란색 곡선을 유지하고 기후가 현재 조건을 초과 할 때까지 다시 켜지지 않습니다. 반대 방향. 이 현상을 "히스테리시스"라고합니다.

대서양 전복 순환이 종료 될 수 있습니까?

Stommel의 간단한 모델에서 AMOC의 팁과 히스테리시스. AMOC의 가능한 상태는 대서양 (x 축)으로 유입되는 담수의 양에 따라 다릅니다. AMOC 강도는 y 축에 표시됩니다. [둘 다 Sverdrups (Sv)에서 측정됩니다. 여기서 1 Sv는 초당 백만 입방 미터의 물이 수송됨을 나타냅니다.] 민물 투입량이 적 으면 온도가 유량을 지배하고 AMOC 만 가능합니다 (빨간색 곡선). 높은 담수 입력의 경우 접힌 상태 만 가능합니다 (파란색 곡선). 그 사이에는 두 가지 상태가 모두 가능합니다. 담수 입력이 임계 값 (티핑 포인트) 이상으로 증가하면 AMOC가 무너집니다. 그런 다음 담수 입력을 원래 상태로 되돌려도 AMOC는 계속 꺼져 있습니다. 크레딧 : Met Office.

장기 계획

Stommel의 아이디어는 수년에 걸쳐 발전해 왔지만 기본적인 통찰력은 여전히 ​​관련이 있습니다. 있다 evi울타리 AMOC의 변화는 과거의 주요 기후 변화에 영향을 미쳤을 것입니다. 가장 최근에는 약 8,200 년 전 세계가 마지막 빙하 시대에서 떠오르고 있었기 때문입니다.

당시 캐나다 북서부의 거대한 호수가 얼음 벽으로 막혀있었습니다. 기온이 따뜻해지면서 빙벽이 무너지면서 담수 퇴적 호수에서 북대서양으로 이동하여 AMOC를 방해합니다. 현재 주요 냉각은 고생 기후 기록 북미, 그린란드 및 유럽 전역.

포괄적 인 기후 모델은 일반적으로 21 세기에 AMOC가 완전히 폐쇄되지는 않지만 최근에 모델이 미래로 더 나아가고 있습니다. 시나리오에서 높은 온실 가스 농도 계속, 다수의 모델이 2300 년까지 효과적인 AMOC 종료.

그러나 미래 AMOC의 모델 전망은 광범위합니다. 결과적으로, 어느 수준의 지구 온난화가 AMOC 셧다운을 초래할 것인지에 대한 질문에서 과학계가 가까운 시일 내에 어떤 수렴도 볼 수 없을 것입니다.

Stommel의 원래 모델에서 AMOC를 불안정하게 만드는 기본 메커니즘이 기후 모델에서 중요한 것으로 보이지만 AMOC를 안정화하려는 다른 프로세스가 있습니다. 이러한 많은 프로세스는 특히 현재 컴퓨팅 성능으로 가능한 해상도가 제한되어 정량적으로 모델링하기가 어렵습니다. 따라서 AMOC의 계획은 앞으로도 여전히 불확실성이 있습니다.

IPCC의 AR5와 SROCC는 모든 증거를 고려하여 2100 년 전에 AMOC 붕괴가 "매우 희박한”(pdf). 그러나 AMOC 팁 포인트 통과의 영향은 크므로 "낮은 확률, 높은 영향"시나리오로 가장 잘 나타납니다.

붕괴의 영향은 무엇입니까?

AMOC가 완전히 종료 된 경우 기후 모델을 사용하여 기후에 미치는 영향을 평가할 수 있습니다. 모델에서 북대서양에 다량의 담수를 추가함으로써 과학자들은 루프의 더 낮은 가지를 형성하는 차갑고 조밀 한 물을 인위적으로 밝게합니다. 이것은 AMOC를 멈추고 기후에 미치는 영향을 볼 수 있습니다.

아래 그림은 그러한 실험 중 하나를 초래하는 변경을 보여줍니다. AMOC가 종료되면 북반구 전체, 특히 북대서양 열 손실 구역 (북대서양 중앙 난방 시스템의“방사선”)에 가장 가까운 지역이 냉각 (파란 음영)됩니다. 이 지역에서는 냉각이 온실 가스로 인한 예상 온난화를 초과하므로 21 세기의 완전한 셧다운은 거의 불가능하지만 서유럽과 같은 지역에서는 순 냉각을 초래할 수 있습니다.

대서양 전복 순환이 종료 될 수 있습니까?

AMOC의 인공 유도 붕괴 후 표면 온도 (C)의 모델링 된 변화. 음영은 냉각 (파란색) 또는 보온 (오렌지색 및 빨간색)을 나타냅니다. Springer의 허가에 의해 재 인쇄되었습니다. 잭슨 등. (2015) 고해상도 GCM 인 Climate Dynamics에서 AMOC의 둔화로 인한 전 세계 및 유럽 기후 영향.

다른 영향으로는 강우 패턴의 큰 변화, 유럽의 겨울 폭풍 증가 및 북대서양 유역 주변의 해수면 상승 최대 50cm가 ​​있습니다. 많은 지역에서 이러한 효과는 지구 온난화로 인한 추세를 악화시킬 것입니다.

이러한 모델 실험은 인공적인 반면“만약?” 시나리오에서는 AMOC 붕괴로 인해 발생할 수있는 변경의 규모를 보여줍니다. 농업, 야생 동물, 교통, 에너지 수요 및 해안 인프라에 미치는 영향은 복잡하지만, 사회 경제적 영향이 클 것으로 확신 할 수 있습니다. 예를 들어 한 연구 영국 서부와 아일랜드의 주요 목초지 지역에서 잔디 생산성이 50 % 감소했습니다.

붕괴 위험에 대해 무엇을 할 수 있습니까?

위에서 설명했듯이 과학자들은 AMOC가 티핑 포인트를 넘을 위험이있는 지구 온난화 수준을 자신있게 정의 할 수있는 방법이 없습니다.

그러나 AMOC 붕괴의 위험을 관리 할 가능성은 모르지만 AMOC 붕괴의 위험을 관리 할 수 ​​있습니다.

국내 유추하기 : 나는 가능하지만, 내 집이 타 버릴 가능성은 낮다. 가능성이 낮고 영향력이 큰 사건이다. 화재가 발생할 가능성에 대해서는 잘 모르지만 전기 배선을 점검하고 화재 경보기를 설치하여 위험을 관리 할 수 ​​있습니다. 배선 점검은 화재의 가능성을 줄이며, 화재 경보가 나면 화재가 시작될 경우 조기에 경고하여 집을 대피하고 소방대에 전화함으로써 영향을 줄일 수 있습니다.

최근에 동료들과 함께 엑서 터 대학AMOC 팁핑을위한 조기 경고 시스템을 개발할 가능성을 모색하고 있습니다.

간단한 모델을 사용하여 우리는 보여 주었다 아열대 및 아 극대 서양의 염분이 시간이 지남에 따라 진화하는 방식은 AMOC가 붕괴로가는 길, 아마도 AMOC 자체에서 큰 약화가 나타나기 수십 년 전인 경우 조기에 지시 할 수있다.

이 연구의 초기 단계이지만 그러한 지표를 모니터링함으로써 AMOC 붕괴의 결과에 대비할 시간을 더 주거나 AMOC를보다 안정적인 경로로 가져 오기 위해보다 적극적인 기후 변화 완화 조치를 취할 수 있습니다. .  

뛰어난 질문들

세계가 파리 기후 협약의 목표를 달성해야하는 과제에 부딪 치면서 기후 경로에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 일시적으로 오버 슈트 최종 목표 레벨 이러한 오버 슈트는 최종 목적지로가는 길에 돌이킬 수없는 임계 값을 넘지 않는 것이 중요하므로 티핑 포인트에 대한 연구는 이론적 인 결과를보다 실용적인 질문과 연결해야합니다.

현재까지 AMOC 티핑 포인트 모델링의 대부분은 북대서양으로의 담수 공급에 대한 이상적인 시나리오를 사용했습니다. 이것은 과거의 AMOC 변화와 관련이 있지만, 미래 기후 변화를 모델링하려면 온난화와 청화가 함께 일어날 때 어떤 일이 발생하는지 이해해야합니다.

관련 프로세스 및 피드백 수가 증가하기 때문에 이는 더 어려운 문제입니다. 이러한 프로세스 중 일부는 모델이 현재 컴퓨팅 성능으로 해결하기 어려운 소규모로 작동합니다. 주요 AMOC 프로세스의 모델링을 개선하려면 인내심과 장기적인 노력이 필요하지만보다 자신감있는 AMOC 예측에서 배당금을 지불하게됩니다.

AMOC 붕괴에 대한 조기 경보에 대한 연구는 아직 초기 단계이지만 위험에 대응하는 유익한 방법 일 수 있습니다. 한 가지 확실한 점은 조기 경보는 AMOC의 주요 측면을 지속적으로 관찰해야한다는 것입니다.

AMOC 모니터링은 2004 년 새로운 시대에 접어 들었습니다. 빠른 모카, 북위 26.5도에서 대서양의 폭에 걸쳐 있으며 AMOC의 지속적인 모니터링을 제공하는 정박 된 계기의 배열. 그 전에는 47 년에 걸쳐 XNUMX 회만 유통이 확산되었습니다.

결과는 이미 AMOC의 시간 변화에 대한 이해를 변화 시켰습니다. AMOC의 예상치 못한 하락 – 2009 년 가을에 관찰 된 – 2009-10 및 2010-11의 비정상적으로 추운 유럽의 겨울에 중요한 역할을 한 것으로 생각됩니다.

최근에는 유사한 모니터링 배열 아극 대서양에서 북쪽으로 더 설치되었습니다. 와 함께 연속 측정 표류하는 아르고 (Argo) 부유물로 인한 온도와 염분의 변화에 ​​따라 해양 학자들은 기후 시스템의이 중요한 요소를 연구하고 전 세계에 불쾌한 놀라움에 대비할 수있는 전례없는 데이터베이스를 보유하고 있습니다.

저자에 관하여

영국 Met Office Hadley Centre에서 기후, 빙권 및 해양 그룹을 이끌고있는 Richard Wood 박사. 같은 그룹의 과학자 인 Laura Jackson 박사.

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