一個世紀以來，學童們一直被教導說，被稱為墨西哥灣暖流的大規模洋流將溫暖的水從熱帶大西洋帶到歐洲西北部。當它到達時，水加熱了上方的空氣。那空氣向內陸移動，使歐洲的冬季比美國東北部的冬季溫和。
現在可能是時候放棄那個簡潔的故事了。對全球氣候的濃厚興趣促使科學家們密切研究墨西哥灣暖流的氣候影響，結果卻發現這些影響並不像傳統觀點所認為的那樣明確。基於模型工作和海洋資料，對於為什麼北歐的冬天通常沒有美國東北部和加拿大同緯度地區那麼寒冷，已經出現了新的解釋——而且這些模型在墨西哥灣暖流的作用上存在分歧。其中一種解釋也提供了關於為什麼美國西北部的冬天比太平洋彼岸的俄羅斯東部地區更溫暖的見解。
與此同時，最近的研究一直在質疑幾年前流行的猜測，即北極冰融化可能會“關閉”墨西哥灣暖流，從而嚴重破壞歐洲的天氣。然而，這些研究確實表明，氣候變化至少可能影響墨西哥灣暖流的強度，這可能會減輕全球變暖對北歐的影響。
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相互競爭的理論
全球範圍內的氣候變化主要源於地球的球形。由於太陽光線在較低緯度更垂直於地球表面，因此單位面積的熱量比在高緯度地區更多。這種差異加熱導致盛行的大氣風，其不穩定性將熱量從熱帶地區重新分配到兩極。海洋覆蓋了地球的 70%，也在這種重新分配中發揮著重要作用。海洋上層兩米儲存的太陽熱量比海洋上方的整個大氣層都多，因為一立方米水的比熱容（決定儲熱能力的屬性）大約是相同體積空氣的 4,000 倍（大約是土壤的四倍）。中緯度海洋上層 100 至 200 米的水溫一年內可能變化 10 攝氏度，與大氣或陸地相比，儲存和釋放大量的熱量。而且由於洋流（如墨西哥灣暖流）在全球範圍內移動水，夏季在一個地區獲得的熱量稍後可以在數千公里外釋放到大氣中。
鑑於這種運動和海洋儲存熱量的能力，很容易假設洋流可能是造成愛爾蘭冬季氣溫（大約在北緯 50 度）比大西洋彼岸紐芬蘭同緯度地區高出近 20 攝氏度的原因。同樣，太平洋東部溫哥華附近北緯 50 度地區的氣溫比俄羅斯堪察加半島南端同緯度地區的氣溫高出約 20 攝氏度。
19 世紀，地理學家和海洋學家馬修·方丹·莫里是第一個將西北歐相對溫和的氣候歸因於墨西哥灣暖流的人。這條強大的洋流沿著美國東南海岸向北流動，是來自亞熱帶和熱帶的溫暖水域的產物。在大約北卡羅來納州哈特拉斯角緯度，墨西哥灣暖流轉向東北方向，流入大西洋。莫里推測，墨西哥灣暖流為流經大西洋向西北歐移動的西風帶提供了熱量。他還推測，如果墨西哥灣暖流的強度以某種方式減弱，冬季風將變得更加寒冷，歐洲將經歷北極式的冬季。多年來，莫里的觀點幾乎成為不證自明的公理——而且直到最近，它也基本上未經檢驗。
然而，十年前，哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的理查德·西格及其同事對歐洲較溫暖的冬天提出了與墨西哥灣暖流無關的解釋。西格的模型研究表明，當從西向東環繞地球流動的大氣急流撞擊落基山脈時，它開始南北振盪。這種振盪產生從西北方向流過大西洋盆地西側的風，以及從西南方向流過大西洋東側的風。西北風將寒冷的陸地空氣帶到美國東北部，而西南風則將溫暖的海洋空氣帶到歐洲西北部。
在這種觀點看來，緩和歐洲氣候的不是墨西哥灣暖流攜帶的熱量。相反，夏季儲存在歐洲海岸附近海洋上層 100 米的熱量，在冬季西南風混合地表海水時釋放到大氣中。在這種情況下，莫里的經典猜想是不正確的：山脈引導的大規模風型，加上歐洲附近海洋對熱量的區域性儲存，決定了大西洋東西兩側之間的溫差[參見下兩頁的方框]。
重要的是要記住，西格的模型模擬並未明確考慮海洋對熱量的輸送，華盛頓大學的彼得·萊因斯和美國宇航局戈達德太空飛行中心的西爾帕·哈基寧在西格的研究之後不久釋出的一項研究中解決了這個問題。他們提出了一個反駁論點，為莫里的歷史觀點提供了一些現代支援。在檢查了存檔的海面溫度資料後，兩位海洋學家得出結論，北歐緯度地區東大西洋上層儲存的熱量僅足以維持平均年份 12 月的溫和氣溫。冬季剩餘時間緩和氣候所需的額外熱量必須從其他地方輸入。最有可能的來源：向東北方向流動的墨西哥灣暖流。
測量結果表明，在北緯 35 度（大致北卡羅來納州的緯度），北大西洋向北輸送約 0.8 拍瓦的熱量，其中大部分透過墨西哥灣暖流輸送。然而，在北緯 55 度（加拿大拉布拉多的緯度），這種向極地的熱量輸送可以忽略不計。所有的熱量都去哪兒了？萊因斯和哈基寧認為，熱量是由海洋沿著墨西哥灣暖流的路徑釋放到大氣中的。然後盛行風將熱量向東輸送，在那裡緩和了歐洲的氣候。萊因斯和哈基寧基本上支援莫里的墨西哥灣暖流猜想，而西格則反對它，重點關注大氣急流的作用。
2011 年，現在以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的約海·卡斯皮和加州理工學院的塔皮奧·施耐德揭示了第三種觀點，該觀點基於大氣和海洋的新型數值實驗。他們認為西格和萊因斯的情景都有一定的道理，但主要集中在大氣壓模式上。卡斯皮和施耐德的模型表明，墨西哥灣暖流離開美國東海岸的路徑上，海洋向大氣散失熱量，會在東部（即大西洋的歐洲一側）產生一個靜止的大氣低壓系統。它還在西部（即北美大陸的東緣）產生一個靜止的高壓系統。由於複雜的原因，這種模式的最終結果是，靜止的低壓系統透過急流的西南風向西歐輸送暖空氣，西南風吸收了墨西哥灣暖流整個冬天釋放的熱量。靜止的高壓系統從北極吸入冷空氣，使北美東部變冷，並增加了北美和歐洲之間的溫差。
因此，大西洋兩岸氣候的差異不僅是因為西歐變暖，還因為北美東部變冷。這兩個地區都具有各自的特徵溫度，這是因為墨西哥灣暖流附近海洋熱量散失建立的大氣環流模式。
然而，建立這種環流所需的墨西哥灣暖流的熱量散失量不能僅透過中大西洋在夏季獲得的熱量來維持。還需要墨西哥灣暖流從較低緯度輸送的熱量。從這個意義上說，卡斯皮和施耐德對莫里早期的觀點表示了一定的認可。雖然大氣低壓和高壓系統的形成無需呼叫落基山脈對急流的影響，但這項新工作確實突出了西南風在為歐洲帶來溫暖方面的重要性。
有趣的是，卡斯皮-施耐德模型還可以解釋為什麼俄勒岡州西部、華盛頓州和不列顛哥倫比亞省的冬天比堪察加半島忍受的冬天溫和得多。這種跨太平洋的對比從未歸因於黑潮（太平洋中墨西哥灣暖流的對應物）的存在，主要是因為太平洋是一個更大的海洋，而且黑潮在大部分地區都比墨西哥灣暖流弱得多。然而，卡斯皮-施耐德的結果表明，黑潮上空的熱量散失可能會誘導一個類似於大西洋墨西哥灣暖流附近的靜止大氣壓系統。該系統將透過那裡的西北風向亞洲西北部輸送寒冷的極地空氣，而西南風將向美國太平洋海岸北部輸送較溫暖的空氣。
關閉墨西哥灣暖流
關於哪個模型是正確的，目前還沒有定論，儘管卡斯皮-施耐德的情景似乎是合理的。莫里猜想的第二部分——墨西哥灣暖流的停止將導致西北歐的冬季更加強烈——最近也引起了相當大的興趣。多年來，墨西哥灣暖流在氣候變化中的作用一直被定義為這個問題：如果氣候變暖融化了北極冰，那麼進入北大西洋的過量淡水是否會減少那裡的翻轉環流，關閉墨西哥灣暖流，並奪走西北歐重要的熱源？
翻轉環流包括北大西洋的溫暖上層水向北極移動，以及寒冷的深層水向赤道移動。這些淺層和深層洋流透過拉布拉多海和北歐海高緯度地區的地表水下沉或下沉，以及全球盆地其他地方的深層水上升或上升到地表，連線形成某種傳送帶。本質上，在北大西洋北部下沉的冷水被全球海洋其他地方上升的相對溫暖的地表水所取代。
在許多氣候變暖情景中，北極冰融化會向高緯度海洋新增大量淡水。由於淡水比海水含鹽量低（因此密度也較低），因此可能不會下沉——因此，為翻轉環流的深層洋流提供動力的下沉將被抑制。在這種情況下，將不再需要溫暖的深層水在其他地方上升，因為將沒有下沉來補償；因此，由於沒有新的暖水上升到地表，這種水的向北流動——墨西哥灣暖流——可能會減弱。其他情景認為，高緯度地區的淡水新增將使墨西哥灣暖流向南轉移或減弱其強度。無論哪種情況，減弱或轉移的墨西哥灣暖流都將為歐洲冬季提供更少的熱量。許多模型強烈預測，翻轉環流的減少與北大西洋和西北歐隨後的降溫有關。
然而，最近對洋流進行更高解析度建模的研究表明，北極融化的淡水可能主要流入更靠近海岸線的洋流，因此對主要發生下沉的開闊海洋影響較小。即使淡水顯著影響了北大西洋下沉的水量，但事實證明，這種變化極不可能有效地關閉墨西哥灣暖流。關閉的可能性不大，因為墨西哥灣暖流的路徑和強度在很大程度上取決於大規模中緯度風的速度和方向。在大多數氣候變化情景中，隨著北極冰融化，大規模風的總體方向不會發生顯著變化，因此墨西哥灣暖流的總體路徑和強度也不會發生太大變化。然而，墨西哥灣暖流的東北延伸部分——將溫暖的上層水帶到亞極地地區的相對較小的分支——可能會被破壞。因此，證據的權重表明墨西哥灣暖流將持續存在，但尚不清楚在不同的氣候情景下會有多少墨西哥灣暖流的水向北輸送。
更多資料，更高解析度
目前，關於氣候變化將如何影響歐洲天氣的答案主要來自模型實驗。儘管如此，這些實驗仍存在相當大的不確定性，只有透過來自海洋的更廣泛資料才能消除這些不確定性。來自開闊海洋的觀測資料很少有超過一個世紀的，而我們只有過去 30 年左右的衛星資料。
科學家們最近透過 Argo 專案在改進海洋資料庫方面取得了相當大的進展，Argo 專案是對來自全球 3,000 多個分散式漂浮感測器的溫度和鹽度測量進行的持續全球收集。Argo 陣列由美國和 30 多個其他國家部署和運營，使科學家能夠近乎即時地繪製全球海洋上層 2,000 米的溫度和鹽度圖。完整的陣列已經到位不到十年，我們才剛剛開始有效地利用它來檢查大氣變化與大規模海洋變化之間的聯絡。
例如，斯克裡普斯海洋學研究所的迪恩·羅米奇和約翰·吉爾森將 Argo 資料與 20 世紀 80 年代的海洋觀測資料進行了比較，結果表明，過去 20 年裡，海洋上層幾百米的水溫升高了約 0.2 攝氏度。全球海洋上層鹽度也略微增加了 0.1%——然而，在幾百米以下，海水似乎比過去幾十年要淡得多。這些變化是否足以改變歐洲或其他任何地方的氣候仍然是一個懸而未決的問題，但我們現在從 Argo 獲得的資料提供了一些線索。為了使地球既不升溫也不降溫，來自太陽的熱量輸入必須等於從地球輻射回太空的熱量。大氣中溫室氣體的積累顯然正在破壞這種平衡。觀測到的海洋上層升高 0.2 攝氏度與每平方米大約一瓦特的入射太陽輻射超過出射輻射是一致的。
我們改進後的海洋觀測站的早期結果為氣候理論和模型提供了強大的輸入。這些結果也暗示了未來幾十年可能實現的目標。在未來 10 年中，隨著科學家們並排檢查來自衛星的海面資料、計算機模型以及來自 Argo 的更長期的地下資料記錄，他們應該能夠以新的精度評估海洋在氣候中的作用。到那時，我們可能最終能夠確定墨西哥灣暖流將如何影響我們這個水行星上的氣候變化。