Table of Contents

Основные океанические течения представляют собой одну из самых мощных и влиятельных сил, формирующих климатическую систему нашей планеты и модели уровня моря. Эти массивные реки морской воды непрерывно циркулируют через мировые океаны, перераспределяя тепло, питательные вещества и водные массы на огромные расстояния. Их влияние выходит далеко за рамки простого движения воды - они в основном контролируют региональные изменения уровня моря, влияют на модели прибрежных наводнений и играют решающую роль в определении климатических условий для миллиардов людей, живущих вблизи береговых линий. Поскольку изменение климата продолжает изменять динамику океана, понимание того, как эти течения влияют на тенденции уровня моря, становится все более актуальным для прибрежных сообществ, политиков и ученых во всем мире.

Понимание океанических течений: циркуляторная система океана

Океанические течения функционируют как система кровообращения нашей планеты, непрерывно перемещая воду по взаимосвязанным путям, которые охватывают целые океанские бассейны. Эти течения обусловлены сложным взаимодействием сил, включая ветровые структуры, вращение Земли (известное как эффект Кориолиса), различия в температуре воды и солености и изменения плотности воды. Результатом является сложная сеть поверхностных и глубоких океанских течений, которые работают вместе, чтобы регулировать глобальный климат и влиять на уровень моря способами, которые резко варьируются от одного региона к другому.

Поверхностные течения обычно простираются на глубину около 400 метров и в основном обусловлены преобладающими ветрами. Эти течения движутся относительно быстро и транспортируют огромные объемы теплой воды из экваториальных регионов к полюсам, одновременно возвращая более прохладную воду к тропикам. Глубокие океанские течения, напротив, обусловлены в основном различиями в плотности воды, вызванными изменениями температуры и солености - процесс, известный как термохалинная циркуляция. Эти глубокие течения движутся медленнее, но несут огромное количество воды и играют решающую роль в долгосрочном распределении тепла и питательных веществ по всему океану.

Взаимодействие между поверхностными и глубокими течениями создает то, что океанографы называют «глобальным конвейерным поясом» — непрерывный циркуляционный паттерн, который соединяет все основные океанские бассейны мира. Эта система имеет важное значение для поддержания климатического баланса Земли, поскольку она перераспределяет тепло от тропиков до более высоких широт и влияет на атмосферные погодные условия на континентах. Региональные различия существуют из-за естественной изменчивости силы ветров и океанских течений, которые влияют на то, насколько и где более глубокие слои океана хранят тепло.

Как океанские течения влияют на изменения уровня моря

В то время как глобальное повышение уровня моря часто обсуждается как однородное явление, реальность такова, что уровень моря поднимается с разной скоростью в разных местах по всему миру. Океанские течения являются одним из основных факторов этой региональной изменчивости, создавая то, что ученые называют «динамическим уровнем моря» изменения, которые могут привести к тому, что некоторые прибрежные районы будут испытывать повышение уровня моря в несколько раз быстрее, чем в среднем по миру.

Динамический уровень моря и текущая сила

При протекании океанских течений создаются склоны в поверхности моря, которые могут охватывать сотни километров. Более сильные течения создают более крутые склоны, эффективно оттягивая воду от одних прибрежных районов и накапливая ее в других. Используя спутниковую альтиметрию, исследователи обнаружили, что высота поверхности моря по ширине крупных течений имеет склон. На прибрежной стороне уровень моря может быть на 3, 4 или 5 футов ниже, чем на восточной стороне. Когда течение сильнее, склон более крутой, чему способствует вращение Земли. Но когда течение замедляется, этот склон уменьшается, толкая больше воды вверх к земле, вызывая наводнения во время приливов.

Это явление имеет глубокие последствия для прибрежных сообществ. Когда основная текущая система ослабевает, снижение ее «вытягивающего» эффекта позволяет воде накапливаться вдоль близлежащих береговых линий, что приводит к ускоренному повышению уровня моря в этих конкретных регионах. Это не добавление воды в океан - это существующая океанская вода, перераспределяемая изменениями в структуре циркуляции. Эффект может быть драматичным и происходит намного быстрее, чем постепенное повышение уровня моря, вызванное таянием ледяных щитов и тепловым расширением потепления океанской воды.

Горячие точки регионального уровня моря

Прошлое и будущее повышение уровня моря в конкретных местах на суше может быть более или менее, чем в среднем по миру, из-за местных факторов: оседания на земле, контроля над наводнениями, эрозии, региональных океанских течений и того, продолжает ли земля восстанавливаться или переселяться от сжимающего веса исчезнувших ледников ледникового периода. Эти региональные изменения могут быть существенными. В некоторых океанских бассейнах уровень моря поднялся на целых 6-8 дюймов (15-20 сантиметров) с момента начала спутниковой записи. Региональные различия существуют из-за естественной изменчивости силы ветров и океанских течений, которые влияют на то, насколько и где более глубокие слои океана хранят тепло.

В Соединенных Штатах самые быстрые темпы повышения уровня моря происходят в Американском заливе (ранее Мексиканском заливе) из устья Миссисипи на запад, за которым следует середина Атлантики. Эти точки ускорения напрямую связаны с изменениями в моделях океанского течения, особенно поведением крупных западных пограничных течений, таких как Гольфстрим. Понимание этих региональных изменений имеет решающее значение для планирования прибрежных районов и развития инфраструктуры, поскольку сообщества в горячих точках повышения уровня моря сталкиваются с гораздо более непосредственными угрозами, чем предполагали бы глобальные средние значения.

Гольфстрим: критическая система тока

Гольфстрим является одним из самых мощных и хорошо изученных океанских течений на Земле, и его поведение имеет глубокие последствия для тенденций уровня моря вдоль восточного побережья Северной Америки и за ее пределами. Гольфстрим - это теплое и быстрое течение Атлантического океана, которое берет свое начало в Мексиканском заливе и протекает через проливы Флориды и вверх по восточной береговой линии Соединенных Штатов, затем поворачивает на восток около 36° северной широты (Северная Каролина) и движется к северо-западной Европе как Североатлантическое течение.

Огромный масштаб Гольфстрима трудно понять. Он переносит воду со скоростью 30 миллионов кубических метров в секунду (30 свердрупов) через Флоридский пролив. По мере того, как он проходит к югу от Ньюфаундленда, эта скорость увеличивается до 150 свердрупов. Объем Гольфстрима затмевает все реки, которые опустошаются в Атлантику вместе взятые, что в общей сложности 0,6 свердрупа. Этот массивный поток воды несет огромное количество тепла из тропиков в более высокие широты, фундаментально формируя климатические модели в Североатлантическом регионе.

Сокращение Гольфстрима и повышение уровня моря

Недавние исследования выявили тенденции в поведении Гольфстрима, которые имеют прямое влияние на уровень прибрежного моря. В апреле 2018 года два исследования, опубликованные в британском научном журнале Nature, показали, что Гольфстрим находится на самом слабом уровне в течение как минимум 1600 лет. Это ослабление было связано с изменением климата, поскольку потепление температур и таяние ледяных щитов нарушают тонкий баланс температуры и солености, который управляет течением.

Связь между силой Гольфстрима и уровнями прибрежного моря сложна и варьируется вдоль различных участков восточного побережья США. К югу от мыса Хаттерас транспорт Гольфстрима может влиять на соседние уровни прибрежного моря через океанические связи. Однако его влияние на уровень прибрежного моря незначительно к северу от мыса Хаттерас. Вышеприведенные результаты подразумевают, что изменения в транспорте Гольфстрима вряд ли будут прямой причиной быстрого повышения уровня моря на восточном побережье США к северу от мыса Хаттерас. Это открытие подчеркивает важность понимания региональных изменений в том, как течения влияют на уровни моря, поскольку механизмы значительно отличаются от одной прибрежной зоны к другой.

Однако более поздние исследования показывают, что картина еще более тонкая. Результаты показывают, что Гольфстрим не меняется равномерно. Признаки ослабления появляются вблизи Флориды, в то время как дальше на север течение остается стабильным или даже усиливается, поскольку оно движется вверх по атлантическому побережью. Это неоднородное поведение делает прогнозирование будущих изменений уровня моря особенно сложным и подчеркивает необходимость продолжения мониторинга и исследований.

Влияние на прибрежные наводнения в США

Практические последствия изменений Гольфстрима уже ощущаются прибрежными сообществами. Исследователи обнаружили, что уровень моря в регионе побережья Мексиканского залива ускоряется быстрее, чем в прошлом. «Мы обнаружили, что область от мыса Хаттерас на Внешних берегах в Мексиканский залив имела очень высокое ускорение темпов повышения уровня моря, причем темпы были более 10 миллиметров в год», - сказал ведущий автор Сонке Дангендорф, доцент Дэвида и Джейн Флауэрри в Университете Тулейна и член команды НАСА по изменению уровня моря.

«Одна вещь, которая особенно заметна в этот период ускорения, заключается в том, что наводнения с приливом в среднем удвоились в Мексиканском заливе, — сказал он. — Мы очень близки к порогу, что любое дальнейшее увеличение темпов повышения уровня моря приведет к значительно более масштабным экспоненциальным изменениям в наводнениях с приливом, что принесет большое бремя для многих общин в районе, которые не сталкивались с этим раньше». Это ускорение частоты наводнений представляет собой критический переломный момент для прибрежной инфраструктуры и устойчивости сообщества.

Связь между нынешней силой и наводнениями была продемонстрирована резко во время экстремальных погодных явлений. В 2015 году ураган Хоакин замедлил скорость течения Флориды между Флоридой и Багамскими островами. В Хэмптон-роудс, без течения Гольфстрима с нормальной скоростью, приливы были на целых 3 фута выше, чем прогнозировалось. Эти события дают четкие доказательства того, что даже временные сбои в основных океанских течениях могут иметь немедленные и серьезные последствия для уровня прибрежных морей.

Атлантическая меридиональная циркуляция (AMOC)

Гольфстрим на самом деле является частью гораздо более крупной системы циркуляции, известной как Атлантическая меридиональная опрокидная циркуляция, или AMOC. Атлантическая меридиональная опрокидная циркуляция (AMOC) — частью которой является Гольфстрим — работает как гигантский глобальный конвейерный пояс, принимая теплую воду из тропиков в дальнюю Северную Атлантику, где вода охлаждается, становится соленее и погружается глубоко в океан, прежде чем распространиться на юг. Эта система циркуляции имеет основополагающее значение для регулирования климата Земли и имеет глубокие последствия для моделей уровня моря через Атлантический бассейн и за его пределами.

Свидетельства ослабления AMOC

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что AMOC ослабевает в последние десятилетия, что может иметь серьезные последствия для уровня моря и климатических моделей. Исследование 2021 года показало, что AMOC был слабее, чем в любое другое время за последние 1000 лет. Это ослабление связано с изменением климата, поскольку потепление температуры и таяние ледяных щитов добавляют пресную воду в Северную Атлантику, нарушая циркуляцию, управляемую плотностью, которая питает AMOC.

Результаты, опубликованные в четверг в журнале Science Advances, изучили изменения в океане к югу от Гренландии за последние 150 лет и обнаружили, что приток пресной воды нарушает субполярный круговорот, который распределяет океанское тепло, с 1950-х годов. Подполярный круговорот является критическим компонентом системы AMOC, и его разрушение оказывает каскадные эффекты по всей схеме циркуляции Атлантики.

Недавние исследования предоставили еще больше доказательств о состоянии AMOC. Используя спутниковую альтиметрию в сочетании с профилированием плавучих и судовых гидрографических измерений, исследователи показывают, что в период с 2017 по 2025 год центральное море Лабрадора испытало исключительно быстрое повышение уровня моря до рекордно высокого. Шесть параллельных факторов способствовали этому - снижение зимнего охлаждения, усиление летнего потепления, аномальное освежение, прекращение глубокой конвекции, снижение плотности глубоководных и увеличение массы водяных колонн.

Влияние AMOC на уровень моря в северо-восточной части США

Ослабление АМОК имеет особенно серьезные последствия для повышения уровня моря вдоль северо-восточного побережья США. Ученые обнаружили, что в период с 2005 по 2022 год до 50% наводнений вдоль северо-восточного побережья были вызваны более слабым АМОК. Бурение вниз, что означает, что повышение уровня моря, вызванное АМОК, способствовало до восьми паводковых дней в году за этот период. Это представляет собой значительную часть бремени наводнений, с которым сталкиваются прибрежные общины в этом регионе.

Моделированные прогнозы сходятся во мнении, что сильный динамический подъем уровня моря вдоль Атлантического побережья Северной Америки произойдет в результате сокращения потока AMOC. Этот динамический подъем уровня моря происходит потому, что более слабый AMOC уменьшает транспорт воды от побережья, позволяя ему накапливаться и повышать местные уровни моря, даже когда глобальный средний подъем уровня моря продолжается по другим причинам, таким как тепловое расширение и таяние льда.

Потенциал коллапса AMOC

Возможно, наиболее тревожной является возможность того, что AMOC может полностью достичь переломного момента и рухнуть. Согласно новому докладу, критическая система океанских течений уже может рухнуть, что может иметь тревожные последствия для повышения уровня моря и глобальной погоды - что приведет к резкому падению температур в некоторых регионах и росту в других. Используя исключительно сложные и дорогие вычислительные системы, ученые нашли новый способ обнаружения сигнала раннего предупреждения о коллапсе этих течений, согласно исследованию, опубликованному в пятницу в журнале Science Advances. И по мере нагревания планеты уже есть признаки того, что она движется в этом направлении.

Последствия обрушения AMOC будут серьезными и далеко идущими. Обвал AMOC может также привести к повышению уровня моря примерно на 1 метр (3,3 фута), сказал Ван Вестен. Это будет в дополнение к продолжающемуся повышению уровня моря из других источников, создавая катастрофические риски наводнений для прибрежных сообществ по всему Атлантическому бассейну. Ослабление AMOC может привести к быстрому повышению уровня моря у побережья Северной Америки, внезапному и серьезному снижению температуры в северной Европе и серьезному нарушению муссонов по всей Азии.

Хотя точные сроки потенциального коллапса AMOC остаются неопределенными, недавние исследования попытались сузить временные рамки. В 2023 году Дитлевсен и Дитлевсен провели статистический анализ температуры поверхности моря, сравнив тенденции глобальной средней температуры с тенденциями в регионе субполярного сияния Атлантики. В заключение «[Они] с высокой степенью уверенности предсказывают, что перелом произойдет уже в середине века (2025-2095 годы - это диапазон доверия 95%)». Хотя эти прогнозы остаются спорными и подвержены значительной неопределенности, они подчеркивают актуальность понимания и мониторинга поведения AMOC.

Антарктическое циркумполярное течение

Хотя большое внимание было сосредоточено на Атлантических течениях, Антарктическое циркумполярное течение (АЦК) представляет собой другую критически важную систему циркуляции океана со значительными последствиями для глобального уровня моря и климата. Однако оно слабее, чем Антарктическое циркумполярное течение. Фактически, АКК является крупнейшим океаническим течением на Земле, непрерывно протекающим вокруг Антарктиды и соединяющим Атлантический, Тихий и Индийский океаны.

АКК играет уникальную роль в системе циркуляции мирового океана. В отличие от других крупных течений, которые ограничены континентами, АКК беспрепятственно протекает по всему Антарктическому континенту, движимому мощными западными ветрами. Это течение выступает в качестве барьера, который помогает изолировать Антарктиду от более теплых вод на север, играя решающую роль в поддержании ледяных щитов континента и регулировании глобальных климатических моделей.

Основываясь на ряде моделей, ученые прогнозируют, что в условиях потепления климата большинство поверхностных течений по всему земному шару значительно ускорится. Некоторые из них, как и Атлантический циркумполярный ток вокруг Антарктиды, уже сдвигаются. Эти сдвиги в АСС имеют важные последствия для распределения тепла в Южном океане и могут влиять на модели уровня моря во всем Южном полушарии.

АКК также играет важнейшую роль в поглощении тепла в океане и поглощении углерода. Очень большие течения, как и те, что встречаются в Южном океане, могут наклонять океанские слои, позволяя поверхностным водам легче сползать глубоко. Это вертикальное смешивание позволяет Южному океану поглощать значительное количество тепла и углекислого газа из атмосферы, помогая смягчать темпы глобального потепления, но также способствуя региональным изменениям уровня моря по мере изменения плотности воды и структуры циркуляции.

Куросио и западно-тихоокеанская циркуляция

Куросио течение, часто называют "Черный поток" из-за его глубокого синего цвета, является западно-тихоокеанский эквивалент Гольфстрима. Это мощное течение течет на север вдоль восточного побережья Японии, неся теплую тропическую воду от Филиппин к северной части Тихого океана. Как Гольфстрим, Куросио является западным пограничным течением - тип течения, который образуется вдоль западных краев океанских бассейнов и характеризуется особенно сильными, узкими потоками.

Куросио-Токвэнь переносит огромные объемы теплой воды и играет решающую роль в регулировании климатических моделей по всей Восточной Азии. Его влияние распространяется на модели уровня моря вдоль берегов Тайваня, Японии и более широкого западного Тихоокеанского региона. Изменения в силе и положении Куросио могут вызвать значительные изменения в региональных уровнях моря, затрагивая прибрежные сообщества и морские экосистемы по всему региону.

Как и другие крупные океанские течения, Куросио подвержен как естественной изменчивости, так и потенциальным долгосрочным изменениям, обусловленным изменением климата. Понимание того, как эта текущая система реагирует на потепление температур и изменение атмосферных моделей, имеет важное значение для прогнозирования будущих тенденций уровня моря в густонаселенных прибрежных районах Восточной Азии. Поведение течения также влияет на следы тайфунов и интенсивность, создавая дополнительные связи между циркуляцией океана и прибрежными опасностями.

Восточно-Австралийское течение

Восточно-Австралийское течение (ВАС) течет на юг вдоль восточного побережья Австралии, перевозя теплую воду из Кораллового моря в сторону Тасмании и за ее пределы. Это течение является еще одним примером западного пограничного течения, и, как и его аналоги в других океанских бассейнах, оно играет значительную роль в региональном регулировании климата и моделях уровня моря.

В последние десятилетия ВАС демонстрирует явные признаки изменений, которые связаны с усилением и расширением течения на юг. Это расширение на юг принесло более теплые воды в регионы, в которых ранее преобладали более холодные течения, что повлияло на морские экосистемы и способствовало изменению регионального уровня моря. Укрепление ВАС было связано с изменениями в ветровых моделях, обусловленных изменением климата, демонстрируя, как изменения атмосферы могут каскадировать через океанскую систему, чтобы повлиять на течения и уровень моря.

Для прибрежных общин вдоль восточного побережья Австралии изменения в ОАК имеют прямые последствия для повышения уровня моря и затопления прибрежных районов. Влияние течения на распределение воды вдоль побережья создает региональные различия в уровне моря, которые должны учитываться при планировании прибрежных районов и развитии инфраструктуры. Кроме того, роль ОАК в транспортировке тепла и питательных веществ влияет на рыболовство и морские экосистемы, от которых зависят многие прибрежные общины.

Бразильское течение и южноатлантическая циркуляция

Бразильское течение представляет собой западное пограничное течение субтропического круговорота Южной Атлантики, протекающее на юг вдоль побережья Бразилии.В то время как в целом оно слабее, чем его северные аналоги, бразильское течение по-прежнему играет важную роль в региональной циркуляции океана и моделях уровня моря вдоль южноамериканского побережья.

Это течение несет теплую, соленую воду из тропиков на юг, пока не встретит более холодное, протекающее на север течение Мальвинас (также известное как течение Фолкленда) вблизи широты Уругвая и Аргентины. Слияние этих двух течений создает динамичную и сильно изменчивую область, характеризующуюся сильными температурными градиентами и активным вихревом образование. Эти вихри - вращающиеся массы воды, которые отрываются от основного течения - могут транспортировать тепло и соль на большие расстояния и способствовать региональной изменчивости уровня моря.

Изменения в силе и положении Бразильского течения могут повлиять на уровень моря вдоль густонаселенного бразильского побережья, где крупные города, такие как Рио-де-Жанейро и Сан-Паулу, сталкиваются с растущими рисками повышения уровня моря и прибрежных наводнений.Понимание поведения этой нынешней системы имеет важное значение для управления прибрежными районами и планирования адаптации к изменению климата во всем регионе.

Механизмы, связывающие течения с изменением уровня моря

Взаимосвязь между океанскими течениями и уровнем моря включает в себя несколько различных физических механизмов, каждый из которых работает в разных пространственных и временных масштабах. Понимание этих механизмов имеет решающее значение для интерпретации наблюдаемых изменений уровня моря и прогнозирования будущих тенденций.

Геотрофический баланс и поверхностный слоуп моря

Одним из основных механизмов, связывающих течения с уровнем моря, является геотрофический баланс — равновесие между силами градиента давления и эффектом Кориолиса, вызванным вращением Земли. Большой транспорт поверхностного слоя геотрофически сбалансирован изменением уровня моря на ∼1 м. Таким образом, сокращение транспорта поверхностного слоя в определенном месте сопровождается уменьшением падения уровня моря поперечного потока с увеличением (снижением) уровня моря на берегу (оффшоре) фланга тока.

Этот механизм создает характерные склоны поверхности моря, связанные с основными океанскими течениями. Когда течение ослабевает, склон уменьшается, что позволяет воде перераспределяться и вызывает повышение уровня моря на прибрежной стороне течения. Этот эффект может происходить относительно быстро - в промежутках от месяцев до лет - что делает его важным фактором краткосрочной изменчивости уровня моря в регионах, на которые влияют основные течения.

Изменение уровня стеричного моря

Океанские течения также влияют на уровень моря через стерические эффекты — изменения объема воды, вызванные изменениями температуры и солености. Это оставило им еще одну возможность: стеродинамический уровень моря или сочетание расширения океана-воды в ответ на потепление, соленость и циркуляцию океана. Когда течения транспортируют теплую воду в регион, вода расширяется и уровень моря повышается. И наоборот, приток холодной воды вызывает сокращение и падение уровня моря.

Изменения солености также влияют на плотность и объем воды. Пресная вода менее плотна, чем соленая вода, поэтому увеличение содержания пресной воды (от таяния льда, увеличения осадков или речного стока) приводит к расширению воды и повышению уровня моря на местном уровне. Океанские течения играют решающую роль в распределении этих аномалий температуры и солености, создавая региональные модели изменения уровня моря, которые могут сохраняться в течение многих лет или даже десятилетий.

Массовое перераспределение

Помимо стерических эффектов океанические течения физически перераспределяют водную массу из одного региона в другой. Когда текущая система ослабевает или смещает положение, это может привести к накоплению воды в одних районах и истощению ее в других. Это массовое перераспределение создает региональные изменения уровня моря, которые отличаются от глобального среднего повышения уровня моря, вызванного добавлением воды в океан из тающих ледяных щитов.

Эти эффекты массового перераспределения могут быть существенными и происходить в относительно короткие сроки. Измерения гравитации со спутников, проведенные такими миссиями, как GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), выявили значительные региональные изменения массы океана, которые коррелируют с изменениями в моделях циркуляции океана, обеспечивая прямые доказательства того, как течения влияют на уровень моря посредством массового перераспределения.

Изменение климата влияет на океанские течения

Изменение климата коренным образом изменяет системы океанических течений по нескольким путям, что имеет глубокие последствия для будущих тенденций уровня моря. Понимание этих изменений имеет важное значение для прогнозирования того, как уровень моря будет развиваться в различных регионах в течение ближайших десятилетий и столетий.

Пресноводный вход и циркуляция меняются

Весьма вероятно, что система Гольфстрим замедляется из-за антропогенного потепления, которое привело к притоку пресной воды в Северную Атлантику: глобальное потепление вызывает изменения гидрологического цикла, приводящие к увеличению осадков над субполярной Северной Атлантикой и прилегающими к ней земельными участками — откуда вода стекает через реки в Атлантику. Это дополнительно способствует потере арктического морского льда, а также таянию Гренландского ледяного щита, как добавляя больше пресной воды в океан.

Этот приток пресной воды нарушает циркуляцию, управляемую плотностью, которая питает основные системы тока, такие как AMOC. По мере накопления пресной воды в Северной Атлантике она уменьшает плотность поверхностных вод, ингибируя погружение, которое приводит к глубокому образованию воды и ослаблению общей циркуляции. Это создает петлю обратной связи: более слабая циркуляция уменьшает транспорт тепла в высокие широты, потенциально замедляя таяние льда, но также позволяет пресной воде накапливаться более легко, еще больше ослабляя циркуляцию.

Ветровая модель меняется

Изменение климата также изменяет характер циркуляции атмосферы, что в свою очередь влияет на ветровые океанические течения. Изменения силы и положения основных ветровых систем, таких как Вестерли и пассаты, могут усиливать одни течения, а ослаблять другие. На основании ряда моделей ученые прогнозируют, что при потеплении климата большинство поверхностных течений по всему миру значительно ускорится.

Однако эти изменения не являются однородными во всех океанских бассейнах или во всех современных системах. Некоторые течения могут усиливаться, а другие ослабляться, создавая сложные модели изменений, которые варьируются в зависимости от региона. Понимание этих дифференциальных ответов имеет решающее значение для прогнозирования региональных тенденций уровня моря и их воздействия на прибрежные сообщества.

Тепловое расширение и динамика тока

Глобальный уровень моря поднялся быстрее, чем ожидалось, в 2024 году, в основном из-за расширения океанской воды по мере ее нагревания или теплового расширения. Согласно анализу НАСА, в прошлом году темпы роста составляли 0,23 дюйма (0,59 сантиметра) в год по сравнению с ожидаемой скоростью 0,17 дюйма (0,43 сантиметра) в год. Это тепловое расширение не происходит равномерно по всему океану - течения играют решающую роль в определении того, где накапливается тепло и где вода расширяется наиболее быстро.

По мере изменения океанских течений в ответ на потепление климата они изменяют распределение тепла в океане, создавая региональные горячие точки теплового расширения и повышения уровня моря. Эти модели могут меняться с течением времени по мере развития циркуляции, что делает долгосрочное прогнозирование уровня моря особенно сложным в регионах, сильно подверженных влиянию основных современных систем.

Мониторинг и прогнозирование изменений уровня моря, обусловленных текущим течением

Для точного мониторинга океанских течений и их влияния на уровень моря требуется сложный набор инструментов наблюдения и подходов моделирования. Ученые используют множество дополнительных методов для отслеживания текущего поведения и прогнозирования будущих изменений.

Спутниковые наблюдения

Спутниковая альтиметрия произвела революцию в нашей способности контролировать изменения уровня моря и модели циркуляции океана. С момента начала спутникового учета высоты океана в 1993 году темпы ежегодного повышения уровня моря более чем удвоились. В общей сложности глобальный уровень моря с 1993 года вырос на 4 дюйма (10 сантиметров). Этот долгосрочный рекорд стал возможен благодаря непрерывной серии спутников наблюдения за океаном, начиная с TOPEX/Poseidon в 1992 году.

Эти спутники измеряют высоту поверхности моря с замечательной точностью, позволяя ученым обнаруживать тонкие склоны и вариации, связанные с океанскими течениями. Отслеживая, как эти закономерности меняются с течением времени, исследователи могут делать выводы об изменениях силы и положения тока, предоставляя важные данные для понимания взаимосвязи между течениями и тенденциями уровня моря.

Измерения in-Situ

В то время как спутники обеспечивают глобальное покрытие, измерения на месте от инструментов, развернутых в океане, предлагают подробную информацию о текущей структуре и поведении. Ученые использовали данные от датчиков приливов — инструментов, которые отслеживают изменение уровня моря — в сочетании со сложными моделями океана, чтобы рассчитать, как AMOC повлиял на наводнения в регионе за последние десятилетия. Приливные датчики предоставляют долгосрочные записи уровня моря в конкретных прибрежных местах, выявляя тенденции и изменения, которые могут быть связаны с текущими изменениями.

Другие инструменты на месте включают пришвартованные счетчики тока, профилирующие поплавки (например, массив Арго) и измерения на основе кораблей. Вместе эти наблюдения обеспечивают всеобъемлющую картину циркуляции океана и его эволюции с течением времени, что необходимо для проверки моделей и улучшения прогнозов будущих изменений.

Моделирование и прогнозирование океана

Компьютерные модели играют решающую роль в понимании того, как океанские течения влияют на уровень моря и прогнозировании будущих изменений. Используемые учеными модели также дают представление о будущем, позволяя им прогнозировать частоту прибрежных наводнений на северо-востоке до трех лет вперед, согласно исследованию. Эти модели имитируют сложную физику циркуляции океана, включающую такие факторы, как ветровое воздействие, теплообмен с атмосферой, ввод пресной воды и эффекты вращения Земли.

Передовые климатические модели могут прогнозировать, как океанские течения будут реагировать на будущие выбросы парниковых газов и изменение климата, предоставляя важную информацию для планирования и адаптации прибрежных районов, однако эти модели сталкиваются с серьезными проблемами в точном представлении сложных, многомасштабных процессов, которые регулируют циркуляцию океана, и неопределенности остаются в долгосрочных прогнозах, особенно в отношении потенциальных переломных моментов в основных системах циркуляции.

Последствия для прибрежных сообществ и инфраструктуры

Влияние океанских течений на тенденции уровня моря имеет глубокие последствия для прибрежных сообществ во всем мире.Понимание этих последствий имеет важное значение для эффективного планирования прибрежных районов, развития инфраструктуры и стратегий адаптации к изменению климата.

Ускоренные наводнения и инфраструктурные риски

В Соединенных Штатах почти 30 процентов населения проживает в прибрежных районах, где повышение уровня моря играет роль в наводнениях, эрозии береговой линии и опасности от штормов. Для этих общин региональные изменения в повышении уровня моря, вызванные изменениями океанического течения, могут означать разницу между управляемыми проблемами адаптации и катастрофическими последствиями.

Дороги, мосты, метро, водоснабжение, нефтяные и газовые скважины, электростанции, очистные сооружения, свалки — список практически бесконечен — все находятся под угрозой повышения уровня моря. Более высокие фоновые уровни воды означают, что смертельные и разрушительные штормовые нагоны, такие как связанные с ураганом Катрина, «Супершторм» Сэнди и ураганом Майкл, продвигаются дальше внутри страны, чем когда-то. Более высокий уровень моря также означает более частые наводнения с приливом, иногда называемые «наводнением с приливом», потому что это обычно не смертельно опасно или опасно, но это может быть разрушительным и дорогостоящим.

Экономические и социальные последствия

Экономические издержки, связанные с повышением уровня моря, обусловленного текущим периодом, выходят далеко за рамки прямого ущерба от наводнений. В городских условиях вдоль береговых линий по всему миру повышение уровня моря угрожает инфраструктуре, необходимой для местных рабочих мест и региональных отраслей промышленности. Порты, судоходные объекты, инфраструктура прибрежного туризма и набережная недвижимости сталкиваются с растущими рисками по мере ускоренного повышения уровня моря в некоторых регионах.

Социальные последствия могут быть столь же серьезными, особенно для уязвимых общин, которые испытывают недостаток ресурсов для адаптации. Перемещение, утрата объектов культурного наследия и разрушение традиционных источников средств к существованию представляют собой значительные проблемы, с которыми прибрежные общины должны сталкиваться по мере изменения океанских течений и реагирования на уровни моря.

Стратегии адаптации и планирования

Эффективная адаптация к текущим изменениям уровня моря требует включения региональных изменений в процессы планирования. «Эти прибрежные районы более уязвимы, чем они понимают, для краткосрочного быстрого ускорения повышения уровня моря», - говорит Андреа Даттон, геолог из Университета Флориды, который изучает историю колебаний уровня моря. «Если они вешают свою шляпу на прогнозы повышения уровня моря, глядя на потенциал в течение десятилетий, им нужно переориентироваться и подумать о потенциале для краткосрочной изменчивости в этой скорости».

Прибрежные сообщества должны учитывать не только глобальные прогнозы среднего повышения уровня моря, но и конкретные региональные факторы, включая поведение океанического течения, которые будут определять фактические тенденции уровня моря в их районе. Это требует доступа к высококачественным региональным прогнозам уровня моря, постоянного мониторинга текущих систем и гибких стратегий адаптации, которые могут реагировать на изменяющиеся условия.

Будущие направления исследований и неопределенности

Несмотря на значительные успехи в понимании того, как океанские течения влияют на тенденции уровня моря, остаются важные неопределенности и пробелы в знаниях. Устранение этих пробелов имеет решающее значение для улучшения прогнозов и поддержки эффективной адаптации прибрежных районов.

Переломные моменты и резкие изменения

Одна из наиболее критических неопределенностей касается потенциала резких изменений или переломных моментов в основных системах циркуляции океана. Последний научный консенсус — из Шестого оценивания Межправительственной группы экспертов по изменению климата (AR6) — выясняет, что «очень вероятно, что Атлантическая меридиональная циркуляция будет снижаться в течение 21-го века, но есть только средняя уверенность в том, что она не будет испытывать резкого коллапса до 2100 года. Если бы резкий коллапс произошел, это очень вероятно вызвало бы резкие сдвиги в погодных условиях и региональном водном цикле».

Понимание условий, которые могут вызвать такие переломные моменты, разработка систем раннего предупреждения для выявления их подхода и количественная оценка их потенциальных последствий остаются приоритетными задачами для исследований в области океана и климата. Недавние достижения в области обнаружения сигналов раннего предупреждения дают надежду на то, что мы сможем предвидеть серьезные изменения циркуляции до их возникновения, но остаются значительные неопределенности.

Региональные проблемы прогнозирования

Улучшение прогнозов регионального уровня моря требует лучшего понимания того, как океанские течения будут реагировать на изменение климата в местном и региональном масштабах. «Мы хотим понять, как эти горячие точки ускорения смещаются вдоль береговой линии, и роль динамики океана», - сказал он. «Мы хотим исследовать, как мы можем понять эти естественные колебания, и лучше предсказать их в ближайшем будущем».

Для этого необходимы постоянные инвестиции в наблюдения за океаном, улучшение возможностей моделирования и более тесная интеграция различных источников данных. Достижения в области моделирования океана с высоким разрешением, подходы к машинному обучению для обнаружения закономерностей и расширенные возможности спутникового наблюдения — все это открывает перспективы для улучшения прогнозов регионального уровня моря в ближайшие годы.

Взаимодействие с другими климатическими процессами

Океанские течения не работают изолированно — они взаимодействуют с атмосферной циркуляцией, динамикой ледяного покрова и другими компонентами климатической системы сложными способами. Понимание этих взаимодействий и их последствий для уровня моря является постоянной проблемой. Например, изменения океанских течений могут влиять на атмосферные погодные условия, которые, в свою очередь, влияют на ветровые течения, создавая петли обратной связи, которые трудно предсказать.

Аналогичным образом, взаимодействие между океанскими течениями и таянием ледяного покрова представляет собой критическую область неопределенности.Теплые океанические течения могут ускорить таяние ледяного покрова, когда они вступают в контакт с шельфовыми ледниками и фронтами ледников, но полученный в результате приток пресной воды может затем изменить модели циркуляции океана, создавая сложные обратные связи, которые еще не полностью поняты.

Вывод: Критическая роль океанических течений в тенденциях уровня моря

Основные океанические течения играют незаменимую роль в формировании тенденций уровня моря в Мировом океане, создавая региональные вариации, которые могут быть в несколько раз больше, чем глобальное повышение среднего уровня моря.От влияния Гольфстрима на восточное побережье США до роли Антарктического циркумполярного течения в динамике Южного океана эти массивные потоки морской воды фундаментально контролируют, как уровень моря реагирует на изменение климата в разных регионах.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что изменение климата уже оказывает воздействие на основные системы циркуляции океана, что потенциально имеет глубокие последствия для будущих тенденций уровня моря. Ослабление АМОК, сдвиги в положении Гольфстрима и изменения в других крупных течениях указывают на будущее, в котором региональные изменения уровня моря становятся все более важными для планирования и адаптации прибрежных районов.

Для прибрежных сообществ понимание роли океанских течений в изменении уровня моря не является академическим упражнением — это практическая необходимость для защиты жизни, имущества и средств к существованию.По мере того, как исследования продолжают улучшать наше понимание этих сложных систем и их будущей эволюции, становится все более очевидным, что эффективная адаптация к побережью должна учитывать региональные изменения, вызванные изменениями циркуляции океана.

Предстоящие десятилетия будут иметь решающее значение как для продвижения нашего научного понимания океанских течений и уровня моря, так и для реализации адаптационных мер, необходимых для защиты уязвимых прибрежных сообществ. Продолжение инвестиций в наблюдения за океаном, улучшение возможностей моделирования и расширение сотрудничества между учеными, политиками и прибрежными сообществами будет иметь важное значение для навигации по предстоящим проблемам. Для получения дополнительной информации о циркуляции океана и климате посетите Национальное управление океанических и атмосферных исследований и портал НАСА по изменению климата .

Поскольку мы смотрим в будущее, взаимосвязь между океанскими течениями и тенденциями уровня моря останется критической областью исследований и беспокойства. Потенциал резких изменений в основных системах циркуляции, продолжающееся воздействие изменения климата на динамику океана и необходимость улучшения региональных прогнозов подчеркивают важность постоянного внимания к этому жизненно важному аспекту климатической системы Земли. Понимая, как океанские течения влияют на уровень моря, мы можем лучше подготовиться к предстоящим изменениям и работать в направлении более устойчивого и устойчивого будущего для прибрежных сообществ во всем мире. Дополнительные ресурсы по науке об уровне моря можно найти на портале НАСА по изменению уровня моря .