北冰洋模擬渦流的活動情況——海洋表面渦流活動的季節性變化（左）；渦流活動未受季節影響，並且在深層海洋區域保持不變（右）。

渦流通常被視作海洋氣候的風向標。與大氣迴圈類似，渦流以緩慢移動的海洋氣旋形式，帶走營養物質和熱量，並運送到世界各地。在大部分海洋中，海洋表面的渦流比深層渦流更強。然而，自20世紀70年代以來，研究人員常常在北極觀察到一種奇特的渦流模式：在夏季，北極地區所有海洋層都會出現大量高速渦流活動，這與其他海域的渦流情況類似；隨著冬季冰雪的迴歸，北極水域恢復“表面”平靜，直到冰層下方50米處都無法發現渦流。與此同時，深層海水中則繼續出現高速渦流活動。

幾十年來，北極渦流活動的季節性轉變問題，一直困擾著科學家。《物理海洋學雜誌》當地時間12月15日發文稱，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員解答了這一難題。他們認為，驅動北極渦流行為的主要因素是冰層摩擦和海洋層化。

在伍茲霍爾海洋研究所的幫助下，研究人員收集並處理了2003年~2018年北冰洋不同深度的水流速度資料，得出了北冰洋典型年份的速度-深度變化情況，發現了北極渦流的季節趨勢。

為破解其成因，研究人員進行了“斜壓不穩定性分析”。結果表明，當他們同時考慮海冰摩擦效應和海水層化效應時，模型產生的水流速度與最初的實際觀測值一致；但是，當加入其他條件（例如與真實情況不太相符的層化效應），模型結果與觀測結果的匹配度較低。

研究人員認為，冬季的冰起到了摩擦制動作用，減緩了表層海水的速度，防止它們加速充入湍流渦旋。然而，這種影響是有限的，在50~300米海水層，鹽分含量較高、密度較大的水層免受摩擦效應的影響，進而使渦流運動“全年不打烊”。

這一成果強調了渦流活動、北極冰和海洋層化之間的新聯絡。海洋學家能夠將其納入氣候模型，從而更準確地預測北極氣候的演變。

研究人員表示，冰層摩擦和海洋層化對北極渦流的作用將在未來幾十年內對北極產生重大影響。有研究表明，北極的夏季冰層正在逐年加速消融，甚至可能在2050年完全消失。冰越少，海水就越可能在表面和深層區域自由形成渦流，而夏季渦流活動的增強可能會進一步促進北極變暖。北極變暖是否會導致更多海洋湍流或更強的四季變化，將由海冰強度決定。MIT海洋學教授John Marshall說：“隨著北極變暖，冰層消失，這種渦流消散機制也在逐漸消失。因此，未來呈現在人類面前的可能是一個更加不穩定的北極。”

編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊編號：0022-3670

原文連結：https://phys.org/news/2020-12-oceanographers-explanation-arctic-puzzling-ocean.html