更暖的北大西洋水入侵为北冰洋欧亚盆地注入能量

为何深层北极海域变得更为激动

北冰洋的变暖速度比地球上几乎任何地方都快。大多数人听说过海冰在缩减，但在表面之下也有不太明显的变化——强大的水下涡旋不断搅动热量和盐分。该研究提出了一个出乎意料的问题：随着全球变暖，深层北极海洋会像其他海区一样变得更平静，还是会更有活力？答案很重要，因为这些隐藏的洋流控制着海冰融化的速度以及北极生态系统对气候变化的响应。

冰层下的隐藏涡旋

海洋涡旋是直径达数十公里的旋转结构，有点像水下的风暴。它们承载着海洋大部分的运动，帮助横向以及垂直输送热量、盐分和养分。在全球很多海区，气候模型表明虽然表层涡旋可能随着风和洋流加速而增强，深层海洋反而会因密度层更为牢固堆叠而变得更为迟缓。这意味着总体上深海会更安静、混合更少。但北极不同：它正迅速失去冰覆盖，并被愈发暖的北大西洋水淹没，这一过程被称为“北极大西洋化”。科学家曾怀疑这种流入会搅动深层北极，但传统气候模型分辨率太低，无法清楚解析该区域典型的小尺度涡旋。

公里尺度模型提供更清晰的视野

为了解决这个问题，作者使用了一个在北极区进行放大的全球海洋—海冰模型，水平分辨率约为一公里——足以捕捉该区域的大部分小尺度涡旋。他们首先运行了一个历时数百年的、中等细节的模拟，以跟踪在高排放情景下直到2100年的气候轨迹。从中选取两个为期四年的时间窗，分别代表当今气候与本世纪末的状况。然后针对每个时间窗运行超高分辨率的模型切片，使他们能够以前所未有的细节比较现在与未来。研究聚焦于两个深度范围：上面100米，受海冰和大气强烈影响；以及100至1000米的深层，这一层今天大致对应流入北极欧亚盆地的北大西洋水的核心。

变得更有活力的深层海域

高分辨率模拟揭示了一个引人注目的结果：深层北极并没有变得平静，反而在21世纪显著更有活力。在欧亚盆地，平均流速与更为重要的涡旋运动都在增强。在整个北极盆地，上千米海水的总动能预计将增加约140%，而其中约五分之四的增长来自更强的涡旋而非更快的平均流。涡旋活动增长最显著的区域位于欧亚盆地及相邻的马克罗夫盆地的深层北大西洋水层，也正是北极大西洋化最明显的地带。这使北极成为在变暖下深海变得更安静这一全球趋势的明确例外。

暖北大西洋水如何推动涡旋

为什么注入暖的北大西洋水会让深层北极更有活力？当这股水向北流入欧亚盆地时，它使次表层变暖并略微变淡，改变了盆地不同部分的密度分布。结果是在横向上，尤其沿大陆坡，密度差异更陡。这种差异代表了储存的“可用位能”，是一种可被不稳定性利用的能量来源。研究的能量收支计算显示，随着本世纪推进，这种位能越来越多地被转化为涡旋运动。与这些横向密度差有关的能量转换在深层增加了数倍，远远超过涡旋与平均流之间的其他能量交换。简单来说，北极大西洋化不断在倾斜的密度结构中填充额外能量，海洋通过产生更多更强的涡旋来回应，这些涡旋将热量向上和向内混输。

对海冰与生命意味着什么

对非专业读者而言，核心信息是：深层北极不是仅仅被动变暖，它正在变得更具动力活性。更强的涡旋预计会把更多暖水从狭窄的边界流输送到盆地内部，并把更多热量向上传输到海冰底部。模型结果确实显示欧亚盆地由涡旋承载的向上热通量在增加。这种额外的搅动可能加速海冰融化，并通过改变养分通道以及浮游生物和其他生物的移动，重塑海洋生态系统。研究表明，北极大西洋化不仅通过带来热量影响北极，还通过为整个深层环流注入能量来发挥作用。因此，未来的北冰洋可能比先前认识的更为湍流，并与气候及生态系统变化紧密耦合。

引用: Chen, J., Wang, X., Wang, Q. et al. Warmer Atlantic Water intrusion energizes the Arctic Eurasian Basin. Commun Earth Environ 7, 343 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03507-x

关键词: 北极大西洋化, 海洋涡旋, 欧亚盆地, 海冰融化, 气候变暖