大西洋经向翻转环流概念模型的分岔分析

大西洋经向翻转环流（AMOC）通过一支流向副极地北大西洋的温暖表层流将热量和盐度输送到北半球，在那里海水下沉并以深层冷流形式向南返回。大量证据表明，AMOC在过去一个世纪中已经放缓。我们引入一个概念性箱式模型来描述北大西洋海洋表层盐度和温度的演化，该演化受到格陵兰冰盖融水流入的影响。我们的模型扩展了Welander的模型，描述了表层箱与具有恒定温度和盐度的深层水箱之间的相互作用，根据密度差可为对流或非对流。其两个主要参数 $\mu$ 和 $\eta$ 分别描述淡水流入量和两箱之间的阈值密度。我们使用分岔理论分析模型的两种情况：对流或非对流相互作用间的瞬时切换（系统为分段光滑（PWS））以及具有更渐进切换的完整光滑模型。对于PWS模型，我们推导了所有分岔的解析表达式。所得的 $(\mu,\eta)$ 平面分岔图确定了所有可能的动力学区域，我们以相图形式展示——既包括典型参数点，也包括它们之间的不同转变。我们还展示了光滑切换情形的分岔图，并说明其如何由PWS情形产生。由此，我们精确确定了在两个版本模型中何处存在AMOC的双稳性和自持振荡。特别地，我们的结果表明，当对流与非对流状态间的转变过慢时，北大西洋表层温度和盐度间的振荡完全消失。