7. Các Cơ chế về Ngưỡng và Biến đổi Khí hậu Đột ngột 1.Giới thiệu
7.2.1. Những biến đổi trong Luân chuyển Nhiệt muối Đại dương (MOC)
Khi cưỡng bức bức xạ thay đổi, hệ thống khí hậu phản ứng với những phạm vi thời gian khác nhau. Với hệ thống khi hậu vật chất được mô phỏng trong các mô hình ghép (đất, khí quyển, đại dương, băng biển), thời gian phản ứng lâu nhất là ở đại dương. Đối với ngưỡng và biến đổi khí hậu đột ngột ở pạhm vi thập niên và thế kỷ, đại dương cũng là đối tượng quan tâm chủ yếu. Cụ thể, MOC của Đại Tây Dương là khu vực nghiên cứu chính.
MOC vận chuyển một lượng nhiệt (cỡ 1015 W) và muối lớn đến các vĩ độ cao ở Bắc Đại Tây Dương. Ở đó, nhiệt dược giải phóng vào khí quyển, làm lạnh nước bề mặt. Nước lạnh và có độ muôi tương đối cao bị chìm xuống và chảy về phía Nam, ra hỏi Lòng chảo Đại Tây Dương. Người ta vẫn chưa biết được hoàn chỉnh về các tác nhân khí hậu của dòng luân chuyển này tuy nhiên cũng xác định được tỷ trọng và các cưỡng bức gió là quan trọng. Các nghiên cứu khí hậu cổ và nghiên cứu mô hình hố cho rằng những gián đoạn trong MOC có thể dẫn đến biến đổi khí hậu đột ngột. Một nghiên cứu so sánh giữa các mô hình một cách hệ thống đã cho thấy tất cả 11 EMIC được đưa vào nghiên cứu đều có một ngưỡng mà tại đó MOC bị
ngừng. Do chi phí tính toán quá cao nên chưa thể tính được ngưỡng đó bằng AOGCM.
Điều quan trọng là phải lưu ý phân biệt giữa các phản ứng phụ thuộc thời gian hoặc tạm thời và cân bằng của MOC với những biến đổi do cưỡng bức. Do trong đại dương có khoảng thời gian phản ứng dài (đôi khi là hơn 1000 năm), có khả năng là những phản ứng ngắn hạn đối với một cưỡng bức cho trước có thể là rất khác biệt so với phản ứng cân bằng. Những kiểu phản ứng động như vậy của hệ thống phức hợp đã được ghi hạn trong ít nhất một AOGCM và được đề cập đến trong kết quả của một số nghiên cứu AOGCM khác. Trong những thử nghiệm AOGCM đó, MOC bị yếu đi khi lượng khí nhà kính trong khí quyển tăng lên. Khi hàm lượng CO2 ổn định, MOC dần trở lại giá trị bình thường. Như mô tả trong mục 10.3.4, MOC thường bị yếu đi khi khí nhà kính tăng do những biến đổi về nhiệt độ bề mặt và dòng nước ngọt ở các vĩ độ cao. Những biến đổi ở dòng bề mặt làm giảm tỷ trọng bề mặt, gây cản trở cho sự lưu chuyển nước theo chiều dọc và làm chậm MOC. Khi MOC bị chậm lại, nó có thể tiến đến một ngưỡng nào đó mà dòng lưu chuyển không thể tự duy trì. Khi MOC vượt qua ngưỡng này, nó có thể thay đổi trạng thái nhanh chóng, gây ra biến đổi khí hậu đột ngột, khiến cho Bắc Đại Tây Dương và các vùng đất bao quanh bị ạnh đi so với khi MOC còn hoạt động bình thường. Đây là kết quả của việc mất lưu chuyển nhiệt từ các vĩ độ thấp
cùng các phản ứng từ việc giảm xáo trộn theo chiều dọc trong nước ở những vùng vĩ độ cao.
Người ta thường hiểu nhầm rằng MOC bị yếu đi sẽ dẫn đến kỷ băng hà. Tuy nhiên, không có mô hình nào ủng hô cho suy đoán này (khi đưa các cưỡng bức khí hậu tương lai vào mô phỏng thực tế). Ngoài ra, trong các nghiên cứu mô hình lý tưởng trong đó MOC bị ngừng do một lượng lớn nước ngọt (không có biến đổi trong khí nhà kính), nhiệt độ bề mặt biến đổi không đúng với ý tưởng về việc MOC bị ngừng dẫn đến kỷ băng hà, mặc dù tác động lên khí hậu là rất lớn. Trong một so sánh lẫn nhau giữa 11 mô hình khí quyển-đại dương, MOC chỉ giảm 10-50% trong suốt thời gian 140 năm (khi lượng CO2 khí quyển tăng gấp 4), và không có mô hình nào cho kết quả là có vùng đất liền bị lạnh đi (vì sự ấm lên toàn cầu do CO2 mạnh hơn hiệu ứng làm lạnh do giảm MOC).
Do có lượng nhiệt và muối lớn được lưu chuyển lên phía Bắc và do độ nhạy cảm với các dòng bề mặt, những biến đổi trong MOC có thể gây ra biến đổi khí hậu đột ngột với quy mô thời gian từ thập niên đến thế kỷ. Các nghiên cứu lý tưởng thông qua mô phỏng về hiện tại đã cho thấy rằng các mô hình có thể mô phỏng nhiều biến đổi đã ghi nhận được trong khí hậu cổ theo quy mô thời gian từ thập niên đến thế kỷ với cưỡng bức là các dòng nước ngọt trên bề mặt đại dương. Tuy nhiên, giữa các mô hình có sự khác biệt lớn về kết quả định lượng về phản ứng đối với thông số đầu vào là nước ngọt, buộc nhóm thực hiện CMIP và Dự án So sánh lẫn
nhau trong Mô hình hóa Cổ khí hậu (PMIP) phải thiết kế và thực hiện một bộ các thí nghiệm kết hợp nhằm nghiên cứu vấn đề này.
Ngoài lượng nước ngọt đầu vào, địa điểm tính toán cũng là rất quan trọng. Thiết kế thí nghiệm và xác định các cưỡng bức quá khứ thực cần cho thí nghiệm về phản ứng của mô hình với quy mô thời gian là từ thập niên đến thế kỷ là một công việc vẫn chưa được hoàn thành.
Quy trình xác định các phản ứng của MOC đối với việc tăng khí nhà kính đã được một số mô hình nghiên cứu. trong nhiều mô hình, phản ứng ban đầu của MOC bị phụ thuộc hoàn toàn vào hiệu ứng nhiệt. Trong hầu hết các mô hình, phản ứng này được tăng cường bởi thay đổi trong độ muối do một số nguyên nhân trong đó có sự tăng cường vòng tuần hoàn thủy học. nước tan từ Mảng Băng Greenland là một nguồn nước ngọt tiềm ẩn quan trọng mà vẫn chưa được đưa vào mô hình do MMD lập nên. Các phản ứng phức tạp hơn, đi kèm với những thay đổi về gió và thủy học, cũng là rất quan trọng trong nhiều mô hình. Các phản ứng này bao gồm sự bất thường về dòng bề mặt cục bộ ở các vùng hình thành nước sâu, và các biến đổi liên đại dương do biến đổi trong lượng nước ngọt ở vùng Nam Đại Tây Dương và nhiệt đới. Vẫn chưa thể biết rõ về cường độ của các tác nhân khí hậu làm MOC yếu đi, cùng với các phản ứng và các tác nhân hồi phục kèm theo. Việc đánh giá các quy trình này trong các AOGCM bị hạn chế chủ yếu do thiếu quan sát, những cũng đã có một số tiến bộ sớm từ các nghiên cứu độc lập. các nghiên cứu so sánh lẫn nhau
giữa các mô hình được phát triển nhằm xác định và hiểu nguyên nhân gây ra khoảng dao động lớn về phản ứng của MOC trong các mô hình ghép được sử dụng ở đây.