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。     

北极海冰快速减少期间加拿大海盆上层海洋夏季淡水含量变化

北极海冰近年来快速减少,北冰洋淡水含量也出现了急剧变化。加拿大海盆作为北冰洋淡水的主要存储区域,研究其淡水含量变化对于认识北冰洋淡水收支有重要意义。本文根据2003年、2008年中国北极考察以及2004年至2007年的加拿大考察数据进行计算,发现除2006年以外,夏季加拿大海盆淡水含量在此期间每年增加1m以上厚度。增加主要发生在冬季白令海水以上的上层海水中,而在此之下,淡水含量维持在3m左右,没有显著年际差异。在2006年,加拿大海盆西部上层淡水含量略微减少,但东部和北部海域淡水含量仍略有增加。与2003年相比,2008年加拿大海盆中心海区淡水含量增加量最高可达7m。分析表明,近年来的海冰减退对加拿大海盆上层淡水含量的增加起着重要作用,北极涛动(AO)正负相位变化也是控制其淡水含量变化的一个重要因素。而降水、径流以及白令海峡入流水的变化对加拿大海盆淡水含量变化影响较小。     

北极加拿大海盆2003年和2008年上层海洋热含量的差异分析

主要利用2003年和2008年两次夏季北极科学考察的CTD数据处理了加拿大海盆上层海洋的热含量(这里上层海洋指的是200m以上的海洋),定量分析了热含量随深度的变化,并比较分析了这两年在夏季海冰融化期间热含量的垂向差异变化,以及影响热含量变化的因素,给出了上层海洋热含量在加拿大海盆的空间分布。2008年与2003年相比最显著的变化是在加拿大海盆开阔水域的增加,这将导致太阳辐射能进入海洋中的能量增加,同时海冰的大量融化带来了大量淡水,这些变化改变了上层海洋的温盐性质。海冰大量融化主要产生两个效应：一是上层海洋的普遍增暖,二是太平洋入流水体的下移。文中还分析了近年来在加拿大海盆中变化显著的次表层暖水现象,由于次表层暖水蕴含着不小的热含量,其在上层海洋热量平衡中的作用不容忽视。     

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     

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。     

加拿大海盆的营养盐极大

根据 1 999年和 2 0 0 3年中国北极科学考察航次 ,从Canada海盆收集温、盐、深和营养盐浓度数据 ,用文献报道的低浓度1 2 9I和高浓度金属钡 (Ba)来指示太平洋源水、用相应的高浓度1 2 9I和低浓度Ba来指示大西洋源水 ,划分了该海盆物理化学特征的 4个水团。表层水 ( <40m)的盐度从 2 5至 31 .6;硝酸盐处于耗尽水平 ,而磷酸盐和硅酸盐处于最低水平。营养盐再生水大致位于 40- 2 0 0m ;盐度特征为 31 .6- 33.1 ;营养盐浓度一致增至最高 ;极大峰的盐度在 33.1附近 ,其位温则处于最低水平 (约 - 1 .5°C)。混合水 (深约 2 0 0- 385m)盐度从 33.1至 34.8;位温从局域最低升至整个水柱最高的 0 .5 0- 0 .65 7°C ;营养盐则逐渐降低。深层水深度变化较大 ( 385m至 1 90 0m以下海底 ) ;但其盐度变化较小 ( 34.8- 34.9) ;位温则从最高降低到 - 0 .4至 - 0 5 4°C ;营养盐均轻微增加。结合文献中对于营养盐极大的年际观测 ,1 2 9I、Ba与氯氟烃CFC 1 1的浓度及3H 3He示踪年龄的结果分析表明 ,营养盐再生水是无季节性变化的、高年龄 (约 8- 1 5年 )的太平洋源水 ;深层为大西洋源水 ;而混合水团即为上述 2大源水的混合层。硅酸盐和磷酸盐的强极大指示优势种硅藻及其再生主导太平洋源水。     

Analyses of structure of planetary boundary layer in ice camp over Arctic ocean

The vertical structure of Planetary boundary layer over Arctic floating ice is presented by using about 50 atmospheric profiles and relevant data sounded at an ice station over Arctic Ocean from 22 August to 3 September,2003.It shows that the height of the convective boundary layer in day is greater than that of the stability boundary layer in night.The boundary layer can be described as vertical structures of stability,instability and multipling The interaction between relative warm and wet down draft air from up level and cool air of surface layer is significant,which causes stronger wind shear,temperature and humidity inversion with typical wind shear of 10 m/s/100 m,intensity of temperature inversion of 8 ℃/100 m.While the larger pack ice is broken by such process,new ice free area in the high latitudes of arctic ocean.The interactions between air/ice/water are enhanced.The fact helps to understanding characteristics of atmospheric boundary layer and its effect in Arctic floating ice region.     

北冰洋加拿大海盆南缘的管水母类及其分布

本文分析了 1 999年夏季我国首次北极科学考察楚科奇海及邻近的北冰洋加拿大海盆南缘海域管水母类的种类组成、丰度和垂直分布。仅在加拿大海盆南缘出现 2种管水母 ,而楚科奇海未发现管水母类。对柔弱五角水母和北极单板水母多营养体期 (无性 )和单营养体期 (有性 )的主要形态特征作了较完整的记述和作图 ,并讨论了它们的形态类型及生态习性。加拿大海盆南缘海域北极单板水母的丰度 (平均 42× 1 0 - 3 个 m3 )大于柔弱五角水母 (2 4× 1 0 - 3 个 m3 )。这 2种管水母均仅出现在水深 1 0 0～ 80 0m ,而且最大丰度也都在 3 0 0— 2 0 0m层 ,即刚好聚集于强盐度跃层中和跃层下面     

库玛拉克河流域盛夏最大可能融雪雪量估算

利用2002-2008年6~9月EOS/MODIS卫星晴空资料,计算分析了融雪期库玛拉克河流域的积雪面积、覆盖率、雪深及雪水量;利用气象、水文台站的观测资料,对2002-2008年积雪变化与气象因子间的相互关系,2002-2008年7次洪峰时间段内最高温度的有效作用时间和12 h降水的有效影响时间等进行了分析与研究。结果表明：2002-2008年盛夏库玛拉克河流域高温融雪的主导作用比较明显,当流域内山区积雪量在5.5×108 m3以上、0 ℃层平均高度上升到4 500 m以上并且能维持4 d,库玛拉克河流域融雪型洪水的融雪量可达1.8×108~10.3×108 m3,夏季0 ℃层高度的变化可作为融雪型洪水预测的较好指标。2002-2008年这个历史时期实际积雪融化后产生的雪水当量9.88×108 t,全部融化后产生的最大可能雪水当量小于11.18×108 t;这个历史时期理论最大可能积雪融化后产生的雪水当量为17.55×108 t,全部融化后产生的雪水当量小于17.75×108 t。估算实际融化和理论融化的雪水当量,可为积雪融化后产生的最大洪水量估算提供数据支持。     

北冰洋浮冰站大气边界层结构的观测研究

利用2003年8月23日-9月3日我国第二次北极科学考察队在北冰洋浮冰站探测的50次大气廓线及相关资料,对北冰洋的大气边界层垂直结构进行了研究。结果显示,观测期间北冰洋(78°N附近,143°-148°W)浮冰区白天的对流边界层高度大于夜间的稳定边界层高度。大气边界层可分为稳定型、不稳定型和多层结构等几种类型。个例分析表明来自高空较强的暖湿气流与冰面近地层冷空气强烈相互作用,会形成强风切变和逆温、逆湿过程,有时100m高度内的风切变达10m/s,逆温达8℃。此种过程会导致北冰洋高纬度地区的大块海冰破裂,形成新的无冰海域,加强了海/冰/气的相互作用。该观测事实将有助于进一步提高对北冰洋高纬度边界层特征及其影响的认识。     

Structure of the Fram Strait branch of the boundary current in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean

Recent mooring-based observations at several locations along the continental slope of the Arctic Ocean's Eurasian Basin showed a transformation of the Boundary Current (BC) from a mostly barotropic flow in Fram Strait to a jet-like baroclinic current northeast of Svalbard, and the reemergence of the barotropic structure of the flow in the eastern Eurasian Basin. This transformation is accompanied by a weakening of the flow from ～24 cm/s in Fram Strait to ～5 cm/s at the Lomonosov Ridge. The maximum of the baroclinic component of the BC at an intermediate depth (～200–370 m) is associated with the Atlantic Water core. The depth range of the baroclinic current maximum is controlled by cross-slope density gradients above and below the baroclinic velocity maximum as follows from the geostrophic balance of forces. According to the model simulations, the BC splits into shallow and deep branches in the proximity of Svalbard due to a divergence of isobaths, confirming topographically-controlled BC behavior. The shallow branch is located at a shelf break with a typical bottom depth of ～200 m and current speed of up to ～24 cm/s. The discussed results, which provide insight on some basic aspects of the dynamics of the BC (the major oceanic heat source for the Arctic Ocean), may be of importance for understanding of the ocean's role in shaping the arctic climate system state.     

加拿大海盆氟氯烃的分布及其示踪研究

中国第二次北极科学考察期间(2003年7-9月)于加拿大海盆采集了9个站位的水样,用于氟氯烃(CFCs)的分析。结果表明加拿大海盆表层水中的CFC-11浓度最高为6.70pmol/kg,CCl4浓度最高为9.62pmol/kg,但均未达到饱和状态。二者在表层水中的饱和度分别在70.54%-84.70%和76.54%-91.53%之间,这可能与海冰覆盖和低CFCs浓度的太平洋水的入侵有关。在2000m深度仍存在相当浓度的氟氯烃,这表明加拿大海盆深层水与外界水体存在交换更新。氟氯烃的垂直分布进一步证实了加拿大海盆水团呈层状的垂直分布结构。同时采用pCFC-11、pCCl4测年法对各水团年龄进行了估算。     

The Hydromedusae and its distribution in Chukchi Sea and adjacent southern edge waters of Canada Basin, Arctic Ocean

The present paper is based on materials collected in Chukchi Sea and adjacent southern edge waters of Canada Basin, Arctic Ocean during the period from July to August 1999 on the icebreaker, the R/V "Xuelong", by the Chinese First Arctic Scientific Expedition. Totally, 8 species of pelagic Hydromedusae were identified, of which 4 species belonged to Anthomedusae, 2 species to Leptomedusae, 1 species to Trachymedusae and 1 species to Narcomedusae, the Neoturris breviconis is recorded for the first time in Chukchi Sea. Their principal morphological characteristics are described and illustrated. The 8 species of Hydromedusae occurring in the Chukchi Sea were all cold water species, of which 6 species belong to neritic species and 2 species to ocean species. According to the geographic distribution of species, they may be divided into three groups: Arctic species, Arctic-boreal species and Boreal-temperate species. From the view-point of zoogeography, species from these waters belong to the Arctic fauna.The abundance of Hydromedusae in Chukchi Sea was generally low, with a mean value of 108 ind.·10 -2·m -3. Rathkea octopunctata and Aglantha digitale were dominant species. From the view-point of vertical distribution Aglantha digitale is inhabiting in the depth of 0 300 m and with the maximum in the depth of 50 m to 100 m.     

2011年1月普里兹湾埃默里冰架附近水文特征

分析“雪龙”号2011年在普里兹湾埃默里冰架外缘24个站位的CTD观测结果,发现有以下一些水文特征：普里兹湾西部,在71°E-72°E范围内,存在一个顺时针运动的中尺度涡。由于这个涡旋存在,冰架水主要扩散方向偏东,在73°30′E附近,流向东北;夏季表层水厚度,东部基本在20m,西部受中尺度涡和其他因素的影响,夏季表层水厚度深达50m左右;在50m以浅的水层内,表面以下温度会出现稍微增大现象,我们称之为逆温层,它是结冰、融冰和海冰覆盖变化造成的;在观测断面西部,在160m～200m水层内,多站出现“静力不稳定”：即上层密度大于下层,厚度有几米,平流混合扩散可能是这一不稳定现象主要原因。     

A temperature inversion in "Chinese Arctic Research Expedition 1999

Using the boundary layer observation data collected by "Arctic Upper Air Observation 1999" in Chinese Arctic Research Expedition 1999, a strong temperature inversion in summer is studied. It shows that the intensity (6.3℃/(100 m)) is much stronger than the climatology average value in summer and winter. The temperature inversion took on a remarkable diurnal variation. The intensity of inversion gradually weakened from night to daytime.     

西北冰洋总碱度与溶解无机碳的分布

2008年7～9月,中国进行了第三次北极科学考察。本研究即利用此次宝贵的科学考察机会,在西北冰洋现场采集大量的海水样品,进行二氧化碳体系（主要包括总碱度(TA),和溶解无机碳(DIC)等）研究。得到了西北冰洋二氧化碳体系参数的分布,并对其控制因素进行了讨论。夏季西北冰洋表层海水总碱度（TA）、盐度归一化总碱度（nTA,nTA =TA*35/S）、溶解无机碳（DIC）和盐度标准化溶解无机碳（nDIC,nDIC=DIC*35/S）的范围分别为1757～2229μmol kg-1,2383～2722μmol kg-1,1681～2034μmol kg-1,2119～2600μmol kg-1。由于受到河水和海冰融化水的稀释,表层DIC和TA的浓度都比较低。78°N以南西北冰洋上层水柱中TA与盐度有良好的正相关关系,比较保守,在盐度大于30时,主要是海水端元与河水端元混合,在盐度小于30时主要是海水端元与海冰融化水端元的混合。在楚科奇海,DIC分布主要受到有机质生产或降解的主控,而加拿大海盆无冰区混合层DIC分布的主控因素是海水与海冰融化水的保守混合。     

1999年7月白令海海盆营养盐和溶解氧的垂直特征

1999年 7月下旬 ,雪龙号科学考察船在中国首次北极科学考察航次中在白令海海盆北部与中部完成了 2 2个深水站的采样作业。营养盐和溶解氧采样分 1 2层 ,共获得 2 71个样品。分析结果表明 :硅酸盐浓度 [Si]、磷酸盐浓度 [P]和无机氮浓度 [N](硝酸盐 [NO3- ]加亚硝酸盐[NO2 - ]加氨 [NH4 + ],主要成分为 [NO3 - ])垂直结构的相似之处在于 :在≤ 2 5m是第一层 ;随后为一个明显的跃层 ;第二层位于 5 0— 2 0 0m之间 ;然后有一个宽的跃层 ;从 5 0 0m至底部 (约3 90 0m)为第三层。其差别在于 :在第三层中 ,[Si]继续缓慢增加 ,而 [N]和 [P]略有减少。溶解氧[O2 ]与 [Si]、[P]、[N]的垂直分布表明在潜温 (θ)极小层以上 (0 .5— 2 .7°C ,盐度 3 3 .0 1— 3 3 .1 7,深度 81— 1 5 7m)的海水是海气充分交换层与生物主要活动层。在≥ 1 5 0m以下 ,[P]、[NO3 - ]两者和 [O2 ]有 >0 .9的正相关性。从表层至底部 ,在整个盐度范围内 ,[NO]∶[PO](其中 [NO]=9[NO3 - ]+[O2 ],[PO]=1 3 5 [P]+[O2 ])在 0 .786 - 1 .0 2 9之间大致均匀分布 ;这表明白令海海盆北部与中部海水的营养特性具有较强的保守性。     

Oxygen isotopic composition and its application to the study of tracing oceanographical process in Bering Sea and Chukchi Sea

In this paper, the 18 O distribution of surface water from the central sea areas of the Bering Sea and the Chukchi Sea was studied. The δ 18 O value of surface water from the Bering Sea is averagely -0.5‰; the δ 18 O contents of the Chukchi Sea are distributionally lower in northeast and higher in southwest; the δ 18 O value at the margin of Canadian Basin is -2.8‰, and averagely -0.8‰ in the southern area of the Chukchi Sea. The δ 18 O vertical distribution in some deep water stations from the Chukchi Sea and the Bering Sea is also studied. In the southern margin of Canadian Basin, the δ 18 O value is -2‰ -3‰ for surface layer and rises to 0 at 100 m depth layer. In the Bering Sea, the δ 18 O is about -0.5‰ for surface layer and increases to 0 at the depth of 300 m. The NO tracer can reflect obviously three water masses vertically distributed in the central Bering Sea: the upper Bering water mass, the middle Bering water mass and the deep Pacific water mass. The distributive ranges of NO and temperature for the various water masses are T<7℃, NO>780 μmol/dm 3 and T≥7℃, NO>650 μmol/dm 3 for upper Bering water mass, T<4℃, 550相似文献   

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

On the vertical structure of tidal currents in a homogeneous sea

Summary. The vertical variation of tidal currents caused by friction at the sea-bed is investigated in both qualitative and quantitative ways with the Coriolis force being taken into account. The simple model with the assumption of constant eddy viscosity is employed to study the effects of friction on the vertical structure of tidal currents. The model explains these effects in vertical change of the maximum velocity, the ellipticity (the ratio of the minor to the major axis) of current ellipse, the time and the direction of the maximum velocity, and the ratio of diurnal current to semidiurnal current.
To reach a quantitative agreement with the data observed by Bowden & Fairbairn in the Irish Sea, the mixing length theory is applied to numerical calculation of the vertical distribution of tidal currents with a finite difference scheme. A fair agreement with the observations is obtained in the calculation. The results show the following features: (1) the vertical profile of amplitude of the main component for the current is almost logarithmic throughout the depth; (2) the corresponding profde for the shearing stress is almost linear with depth; (3) the maximum stress lags the maximum velocity with the delay increasing with elevation; (4) the eddy viscosity coefficient has its maximum around the mid-depth; and (5) the vertically averaged viscosity lags the velocity magnitude.
The dependence of the quadratic resistance coefficient and the coefficient k defined by Bowden's formula = k hū(h — depth, and ū — depth-averaged eddy viscosity and velocity) on the roughness length is given for a steady flow in a non-rotating system. The numerical solution shows that these relations can be approximately applied to the tidal currents in shallow waters.