2013年夏季南极南设得兰群岛周边海域透光层水团结构

南设得兰群岛位于德雷克海峡南侧, 南经布兰斯菲尔德海峡与南极半岛相望。该区域一直是南大洋海洋学研究的热点区域, 近些年已成为南极磷虾渔业的重要作业区。透光层作为海洋生物活动最为集中的区域, 也是海洋中生产力最为丰富的区域。了解透光层水团的特性及变化, 一方面可为南极半岛海洋学研究提供基础信息, 同时也可为南极磷虾等中上层海洋生物的分布及其致因提供科学支撑。通过分析2013年1月至3月南设得兰群岛周边海域5个断面的透光层温、盐数据, 本研究梳理了该区域的水团属性和分布。结果显示, 南设得兰群岛北侧较深水区水团垂向结构明显, 由上至下依次为南极夏季表层水、冬季水和绕极深层水。位于南设得兰群岛南侧的布兰斯菲尔德海峡内, 威德尔海过渡水特征几乎占据了整个布兰斯菲尔德海峡。但布兰斯菲尔德海峡西南侧水团结构较为复杂, 包括了威德尔海过渡水、别林斯高晋海过渡水和德雷克海峡水等。阐明南设得兰群岛周边复杂的水团结构对于进一步开展南大洋生物-物理相互作用研究具有重要的科学意义。     

南极樊尚湾大陆架mCDW入侵影响下的水体结构演变特征分析

利用象海豹CTD观测到的2012年3—10月南极樊尚湾海域的温盐剖面数据,研究结冰期该海域陆架区变性绕极深层水(mCDW)入侵影响下的水体结构演变过程.结果显示,从湾口到湾最内侧的深层都存在显著的mCDW入侵.结冰过程中来自海表的冷却和析盐作用从上方向海洋内部延伸,而到6月中旬湾最内侧的400 dbar以深层结依然没被...     

南极布兰斯菲尔德海峡正压潮数值模拟

本文利用高分辨率的有限体积海洋模型(FVCOM)模拟了南极布兰斯菲尔德海峡附近海区的M_2、S_2、K_1与O_1四个主要分潮,模拟结果与验潮站资料基本符合。将模拟结果计算并利用潮汐调和常数绘制了同潮图,该海峡附近海域的潮汐类型为混合半日潮,全日潮在西南部及南极半岛附近海域较东北部南设得兰群岛附近海域比重偏大。通过分别计算4个分潮的潮能通量,发现M_2分潮潮能来自海峡东部的太平洋与威德尔海, S_2、K_1与O_1分潮潮能来自大西洋与威德尔海。在布兰斯菲尔德海峡区域4个分潮共耗散90.6 MW,其中O_1分潮耗散最大,约占到总潮能耗散的49.09%;由威德尔海潮能在进入布兰斯菲尔德海峡之前,在南极海峡区域4个分潮共耗散278.87 MW,其中S_2分潮耗散最大约占到总潮能耗散的39.09%。     

基于锚系观测的北冰洋加拿大海盆中层水变化研究

20世纪90年代以来,北极进入了以海冰快速减少为显著特征的快速变化时期。通过分析“波弗特流涡观测计划”在北冰洋加拿大海盆的4个站点上布放剖面观测系统所获得的2003—2011年的温度、盐度剖面观测数据,研究了加拿大海盆北极中层水的变化特征。在观测期间,加拿大海盆中央区中层水核心温度变化较小,楚科奇海台地区有明显下降特征,海盆中央区以北以及加拿大群岛陆坡边缘区核心温度呈持续升高趋势。北极中层水核心深度在4个站点都有不同程度的加深趋势,加深的程度和参与分析的表层淡水含量以及因海冰消失导致的风应力变化有一定的对应特征。4个站点表层(75—200 m)的热含量在无冰海域有明显的增长,在有冰海域热含量较稳定;加拿大海盆200—400 m和400—800 m深度范围内的热含量变化情况与中层水核心深度的变化情况一致,伴随着中层水核心深度加深至400 m乃至更深处,中层水的能量也逐渐下移,造成200—400 m水层能量普遍降低而400—800 m水层能量普遍增加。加拿大海盆4个观测站点因背景环境条件和所受影响的不同,造成了中层水的变化和响应趋势的差异。     

基于锚系观测的北冰洋加拿大海盆中层水多年变化研究

20世纪90年代以来,北极进入了以海冰快速减少为显著特征的快速变化时期。通过分析"波弗特流涡观测计划"在北冰洋加拿大海盆的4个站点上布放剖面观测系统所获得的2003—2011年的温度、盐度剖面观测数据,研究了加拿大海盆北极中层水的变化特征。在观测期间,加拿大海盆中央区中层水核心温度变化较小,楚科奇海台地区有明显下降特征,海盆中央区以北以及加拿大群岛陆坡边缘区核心温度呈持续升高趋势。北极中层水核心深度在4个站点都有不同程度的加深趋势,加深的程度和参与分析的表层淡水含量以及因海冰消失导致的风应力变化有一定的对应特征。4个站点表层(75—200 m)的热含量在无冰海域有明显的增长,在有冰海域热含量较稳定;加拿大海盆200—400 m和400—800 m深度范围内的热含量变化情况与中层水核心深度的变化情况一致,伴随着中层水核心深度加深至400 m乃至更深处,中层水的能量也逐渐下移,造成200—400 m水层能量普遍降低而400—800 m水层能量普遍增加。加拿大海盆4个观测站点因背景环境条件和所受影响的不同,造成了中层水的变化和响应趋势的差异。     

双扩散在南极文森湾海域热盐结构演变中的作用

利用22头象海豹携带的CTD观测到的2012年3—4月南极文森湾中西部海域的海水温盐剖面数据,研究了双扩散效应在海水热盐演变过程中的作用。结果显示,该海域双扩散效应显著,其中"扩散对流"作用在水柱中所占比例超过50%,并普遍存在于500—800 dbar深度的深层水中;"盐指对流"作用在水柱中所占比例不超过10%,存在于300—500 dbar的中层水中;随着时间进入南极冬季,海水结冰盐析过程会使水体中重力不稳定状态加剧。"扩散对流"会产生向上的热通量和盐度通量,热通量大约在0.02—0.5 W·m~(–2),盐度通量平均在10–8 m·s~(–1)左右;"盐指对流"则会产生向下的热通量和盐度通量,平均热通量约为–0.5 W·m~(–2),平均盐度通量约为–10–8 m·s~(–1)。在结冰初期,文森湾陆架海域的海表结冰过程对低温高盐水体的产生具有补充作用,进而通过扩散对流作用使得高密度陆架水(DSW)在水体内部得到补充生长与积累。因此,双扩散作用对于该海域高密陆架水的形成有不可忽视的贡献。     

北极加拿大海盆中一个次表层涡旋的结构研究

利用2003年7-9月中国第二次北极科学考察期间,在北冰洋加拿大海盆的一个冰站上得到的温度、盐度和流速的连续剖面观测资料,对一个次表层的北冰洋涡旋进行了分析。在温度断面图中,该涡旋表现为一个核心位于60m深度、最低温度为-1.5°C的孤立冷水块,比周边水体的温度低约0.5°C。涡旋中的等密度面呈现凸透镜的结构,表明该涡旋是反气旋式的。虽然同步观测的流场中确实存在速度接近0.4ms-1的异常强流,但实测流场的结构却与一个典型的涡旋流场相去甚远。进一步分析发现,涡旋所在的次表层流场存在变化幅度与涡旋旋转速度相当的惯性频率振荡。在滤除惯性流和平均流之后,得到了轴对称的涡旋流场,涡旋的最大流速半径约为5km。对涡旋核心及其周边海域水体的温盐性质对比分析表明,该涡旋可能在楚科奇陆架上形成,然后向东北方向运动并进入了加拿大海盆。     

南极普里兹湾海域夏季表层水与绕极深层水年际变化

利用中国第27、28、29和31次南极科学考察期间在普里兹湾海域获取的水文观测数据,分析了该海域的水团分布、夏季表层水年际变化及其原因和绕极深层水涌升的年际变化特征。研究发现:第27和31航次观测到的夏季表层水的温盐范围较大;第27航次观测到的夏季表层水温度相对较高,可达1.22℃;第29航次观测期间海冰较少,夏季表层水的厚度约为50 m(73.00°E、75.50°E和67.25°S断面),第31航次观测到的夏季表层水最深达到100 m;第28和29航次观测到较为明显的绕极深层水涌升,在73.00°E断面尤为突出;观测到的绕极深层水在第28航次向上涌升到90 m,在第29航次向南延伸较远,达到67.67°S;湾内气旋性环流对绕极深层水的涌升有明显的输运作用。     

白令海峡海域夏季温、盐分布及变化

根据 2 0 0 3年中国第二次北极科学考察资料 ,并结合历史现场调查资料和同期的海冰分布 ,分析了白令海峡及其周围海域的水体结构及变化情况 ,得到如下结论 :( 1 ) 2 0 0 3年夏季白令海峡区域层结构季节内变化显著 ,东西部呈两层结构 ,而中部上下水体均匀一致 ,( 2 )白令海峡邻近海域温盐结构是东部高温低盐 ,西部低温高盐 ,西部存在明显上升流特征 ;( 3)白令海峡的水交换以北太平洋水通过白令海峡进入北冰洋为主 ,而温度、盐度的分布也与北向的输运是匹配的。     

北极阿蒙森湾冬季冰下海水结构及对流混合研究

使用加拿大环北极冰间开放水道研究计划从2007年11月至2008年1月底整个极夜期间对北极阿蒙森湾的考察数据,研究了没有太阳加热条件下冰下海水的对流混合。结果表明,冬季冰下海水结构以对流混合为主要形式,混合层的深度达到数米至数十米。发生对流混合时并没有出现静力不稳定性现象,对流混合层密度小于下层水体密度,此处的对流混合不同于前人的发现,它是由于卤汁的不连续排放造成的。混合层的温度与海水的冰点非常接近,由结冰导致的密度对流所形成。跃层以下海水的温度也在持续下降,文中认为是通过跃层与上混合层交换热量导致的。在冬季的前期,混合层的厚度与混合层的盐度有很好的对应性,但晚冬两者有明显差别,混合层厚度趋于减小。通过对三个位置接近站位的观测结果表现对流混合层的演化规律,体现了对流混合层在整个冬季温度持续降低、盐度持续升高的特征。     

Hydrographic observations from the Weddell Sea during the Norwegian Antarctic Research Expedition 1976/77

CTD observations from the southern Weddell Sea in 1977 show that Ice Shelf Water originating under the floating Filchner Ice Shelf overflows at the sill of the Filchner Depression and can be identified on the continental slope at more than 2000m depth. Intrusions of Weddell Deep Water upon the shelf are especially noticeable in the region of dense shelf water outflow and are possibly driven by the outflow. Anomalous low core temperature of Weddell Deep Water is probably related to winter convection in the Weddell Polynya. Anomalous CTD stations at the periphery of the 1976 winter polynya region indicate that deep convection phenomena, as reported by Gordon (1978), are perhaps quite common. The observations indicate that double diffusive convection is important for vertical heat transport in the central Weddell Sea.     

Hydrographic conditions in the Fram Strait, summer 1982

Hydrographic (CTD) observations obtained with R/V'Lance'in July-August 1982 across the Fram Strait are presented. The extent and the presence of traditional water masses such as Atlantic Water, Polar Water and Greenland Sea Deep Water are discussed. The complicated hydrographical structure in the upper water masses due to eddies and fronts near the ice edge is noted. An intermediate water mass characterized by a salinity minimum is found all across the Strait, and is suggested to originate in the Greenland Sea. The deep water in the south-west part of the Strait shows strong horizontal salinity and temperature gradients, and the structure of the corresponding station profiles indicates large hydrographical activity. This is in contrast to the east-north-east part, where the horizontal gradients are much weaker and the profiles much smoother. Thus most of the deep-and bottom-water communication between the Greenland/ Norwegian Seas and the Arctic Ocean seems to take place west of the 0° meridian.     

Physical oceanography studies in the Weddell Sea during the Norwegian Antarctic Research Expedition 1978/79

Hydrographic and current measurements obtained during the Norwegian Antarctic Research Expedition 1978/79 to the southern Weddell Sea are presented. Cold, dense Ice Shelf Water circulating under the floating ice shelves is observed to leave the shelf as a concentrated bottom flow. From moored current metres this discharge is estimated at 0.7 10⁶ m³/s at -2.0°C (one year average) and with no appreciable seasonal variation. This contribution to the Weddell Sea Bottom Water is clearly identified through extreme temperature gradients at our deepest stations (below 2500 m). The core of Weddell Deep Water shows a considerable (T ∼ 0.5°C) warming up since 1977, presumably due to the lack of polynya activity in the intervening period. Measurements in the coastal current at the ice shelf (70°S, 2°W) show step structures which are probably due to cooling and melting at the vertical ice barrier. Slight supercooling due to circulation under the ice shelf is also seen. The net effect of the ice shelf boundary seems to be a deep reaching cooling and freshening of the coastal current providing the low salinity, freezing point Eastern Shelf Water. This process is considered a preconditioning which enhances production of the saline Western Shelf Water which in turn is transformed to Ice Shelf Water.     

Oceanographic conditions on the Weddell Sea Shelf during the German Antarctic Expedition 1979/80

Hydrographic (CTD), current and water level measurements obtained in the vicinity of the floating Ronne and Filchner Ice Shelves are presented. The distribution of Western Shelf Water (S > 34.7) and Ice Shelf Water (T<−1.9°C) are discussed. The general circulation in the area seems to consist of two large cyclonic gyres, one in the Filchner Depression and one north of the Ronne Ice Shelf. Each gyre shows a'warm'(T 1°C) southgoing flow of Modified Weddell Deep Water and a cold northward flow of Ice Shelf Water. The mean surface current was found to be 8cm/s towards the north-west along the barrier. The mean flow below the ice shelf shows significant components normal to the barrier, and mixing seems to be very efficient here. Well mixed layers down to more than 150 m were observed. North of Berkner Island the water level shows a typical mixed tide with tidal range ∼3m. In the tidal currents the semidiurnal constituents dominate (∼30cm/s) and with the largest current components normal to the barrier.     

南极冰架-海洋相互作用研究综述

本文介绍了近期南极冰架-海洋相互作用的研究进展。冰架底部融化速率大于前缘崩解通量,成为南极冰盖质量损失的首要途径。冰架下的海洋按照底部融化驱动因素的不同,可以分为由高密度陆架水驱动的冷冰腔和由变性绕极深层水驱动的暖冰腔。威德尔海的菲尔希纳-龙尼冰架和罗斯海的罗斯冰架属于冷冰腔,占南极冰架总面积的2/3,却只贡献了15%的净融化;东南太平洋扇区阿蒙森海和别林斯高晋海等若干属于暖冰腔的小型冰架,虽然只占南极冰架总面积的8%,却贡献了超过一半的冰架融水。以往看做冷冰腔的东南极托滕冰架和埃默里冰架,也相继发现有变性绕极深层水进入冰腔并造成底部融化。冰架对海洋有冷却和淡化的作用。冷冰腔输出的冰架水具有海洋中最低的温度,对南极陆架水性质乃至南极底层水的形成都有影响。冰架融化加剧,可能是近期观测到的南极底层水淡化的原因。     

白令海夏季水文结构年际变化特征研究

基于2008、2010、2012和2014年我国北极科学考察期间在白令海获取的水文观测数据,结合历史共享资料,通过对白令海水团、上层海洋热含量、净热通量变化、风场及海平面气压分布情况等的分析,探讨了白令海水文结构的年际变化特征及其原因。研究发现,白令海夏季的水团包括白令海上层水团(BUW)、中层水团(BIW)、深层水团(BDW)和白令海陆架水团(BSW)。白令海温盐分布差异最大、年际变化最剧烈的情况主要集中在上层水团。对比4年水团分布情况,最明显的变化是2012年7月调查区上层海水温度偏低,2014年7月上层海水温度偏高。这种异常变化在热含量方面表现为:2012年7月调查区各个测站上的热含量异常低,而2014年7月测站上的热含量都高于平均水平。着重研究了2014年7月海温偏高的原因,认为是由于陆架和海盆区分别有两种不同的形成机制造成:陆架区累积净热通量偏高,海水吸收热量升温;海盆区在异常强大而持久的海面气压(SLP)高压系统下,海面负的风应力旋度得到加强,从而引起持续的暖平流输送及强烈的Ekman抽吸作用,最终导致了上层海水偏暖。     

南极海冰与我国夏季天气的关系

南极各区海冰变化不同,这种不同的变化必然对各区局地大气环流产生不同的影响,进而可能对全球气候系统产生不同的作用。本文利用Hadley中心提供的1968年1月-2002年12月全球海冰密集度格点资料,结合中央气象台的北半球500hPa、100hPa高度场资料以及中国160站降水、温度资料,利用诊断分析方法,分别对南极Ross海区和Weddell海区海冰与我国夏季天气的关系进行了研究。研究表明,南极Ross海区和Weddell海区海冰对我国夏季天气均具有指示意义。Ross海区是影响我国夏季东北地区降水的海冰关键区,若该区上一年9月海冰偏多,则来年6月我国东北降水偏少;Weddell海区是影响我国夏季东北温度的海冰关键区,若该区上一年9月海冰偏多,则来年6月我国东北温度偏低。     

1999年夏季中国首次北极考察区水团特征

依据 1 999年 7月至 9月中国首次北极考察队在白令海、楚科奇海和南加拿大海盆的现场调查资料 ,本文分析了三个海区的水团特征 :( 1 )白令海水团主要由季节变化显著的白令海上层水团和中层水团以及深层水团组成 ;( 2 )楚科奇海水文特征受融结冰过程影响较大 ,1 999年7月和 8月差异较大 ,其水团主要为浅海变性水团 ,包括两个次级水团 ,楚科奇海夏季水和来自北太平洋以及北冰洋变性的外海入侵水 ;( 3)南加拿大海盆的水团主要由受融结冰过程影响的表层水团、源于太平洋水的次表层水、源自北大西洋的中层水团和深层水团组成     

Interannual variability in water masses in the Greenland Sea and adjacent areas

Oceanographic data covering the period 1950–1998 are used to determine interannual variations in the convection intensity and water mass structure in the Greenland Sea and adjacent areas. Extremely cold winters throughout 1965–1970 assisted intensification of the water vertical exchange in the Greenland and Norwegian seas. As a result, cold and fresh Greenland Sea Deep Water (GSDW) production was extremely high in the central Greenland Sea while in the southern Norwegian Sea warm and salty water spread downwards. The recent rapid warming in the Greenland Sea Gyre interior from 1980 originates, we argue, from an increase in the Atlantic Water (AW) temperature due to the advection of warm waters into the region with the Return Atlantic Current. The negative water temperature and salinity trends in the upper 300 m layer of the Atlantic Water in the Norwegian Sea prevailed during 1950–1990, whereas during 1980–1990 the water temperature trends are indicative of warming of that layer. Observation series obtained onboard the Ocean Weather Ship Mike confirmed the existence of layers with advectiondriven high oxygen concentrations in intermediate and deep layers. The depth of oxygen maxima and the values of oceanographic parameters at this horizon can be regarded as indicators of the convection intensity in the Arctic domain. A simultaneous rise in NAO index and GSDW temperature points to a link between atmospheric and thermohaline circulation. Weakening in water exchange with the North Atlantic could be the reason for the Polar Water recirculation increase within the Nordic seas.