北冰洋中層水的分布、變化及其動(dòng)力過(guò)程的研究.pdf

1、本文通過(guò)分析1985-2007年期間北冰洋現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)水文數(shù)據(jù)和1950-1990年的北冰洋的溫鹽再分析數(shù)據(jù)，研究了北冰洋中層水溫鹽屬性的空間分布特性，分析了北冰洋不同海域中層水在最近20年內(nèi)的變化過(guò)程，并探討了導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)差異和時(shí)間變化的原因。本文重點(diǎn)研究了自20世紀(jì)90年代初發(fā)現(xiàn)的北冰洋中層水增暖現(xiàn)象，并根據(jù)中層水溫鹽空間分布特點(diǎn)分析了它在加拿大海盆南部的運(yùn)移路徑，最后討論了在北冰洋中層水增溫時(shí)，太平洋/大西洋水鋒面的躍遷現(xiàn)象。

2、 北冰洋中層水來(lái)源于高溫高鹽的大西洋水，所以它是北冰洋垂直方向上的高溫水，高溫屬性也成為北冰洋中層水的最大特征，因此這里定義北冰洋150-900米內(nèi)水體的最高溫度層為北冰洋中層水的核心層，并以核心層的空間特征和變化規(guī)律來(lái)研究中層水的特征和變化。應(yīng)用1950-1990年多年平均的再分析資料，計(jì)算了中層水核心層各物理屬性在北冰洋的空間結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，北冰洋中層水的核心層水體大致沿著等位勢(shì)密度面σ=27.95kg/m-3移動(dòng)。并且在運(yùn)移過(guò)程中

3、，核心層溫度逐漸降低，所在深度逐步加深，而核心層鹽度雖然也是逐步降低，但是變化范圍很小，具有相對(duì)保守性。對(duì)北冰洋中層水短期及其季節(jié)變化的研究表明，中層水也存在顯著的短周期和季節(jié)變化。但相對(duì)于長(zhǎng)周期的年際和年代際變化，短周期和季節(jié)變化的幅度為相對(duì)小量。因此可以應(yīng)用存北冰洋不同月份的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)研究中層水的年際以上尺度的變化過(guò)程。 本文按照海底地形和環(huán)極邊界流的大致路徑將北冰洋劃分為幾個(gè)不同的海域，研究了中層水溫鹽屬性的年際變化特點(diǎn)。

4、以北極點(diǎn)為代表的靠近大西洋-側(cè)的歐亞海盆中層水，存最近50年內(nèi)的變化大致分為三個(gè)階段：1990年之前為中層水的低溫期，這一時(shí)期也是中層水鹽度較大，所在深度最深的時(shí)期：20世紀(jì)90年代初期為中層水溫度迅速增加，鹽度減小和所在深度{臺(tái)升的過(guò)程；1995年中層水達(dá)到溫度最高值后開始回落，這也伴隨著中層水其他參景的反向變化，但到2007年中層水的溫度仍高于1950-1990年期間的平均值。將北極點(diǎn)核心層溫度的時(shí)間變化序列與AO指數(shù)作相關(guān)分析可以

5、發(fā)現(xiàn)，兩者滯后5年相關(guān)。因?yàn)锳O指數(shù)與輸入北冰洋中的大西洋水量密切相關(guān)，所以人西洋入流量的變化對(duì)北冰洋中層水溫度的變化有著重要的作用。 到20世紀(jì)90年代末北冰洋的中層增暖水才到北冰洋的太平洋扇區(qū)。例如在楚科奇海臺(tái)海域，中層水在2000-2002年左右達(dá)到歷史最高值，此后中層水溫度開始回落。而在北極環(huán)極邊界流下游的加拿人深海平原以及波弗特陸坡處，中層水至今仍處在增暖期。歷史資料的研究表明，加拿大海盆南部的中層水核心層溫度通常都在

6、0.5℃以下，所以這里將0.5℃等溫線作為中層增暖水在加拿大海盆的擴(kuò)展東邊界。1991-1995年期間，增暖水的東邊界在楚科奇海臺(tái)的北風(fēng)海嶺處。此后增暖水的東邊界開始迅速向東向南擴(kuò)張，到2000年這一邊界在加拿大深海平原擴(kuò)展到150°W經(jīng)線附近。由于波弗特陸坡是北極環(huán)極邊界流在加拿大海盆中的主軸，所以中層增暖水的擴(kuò)展速度更快，到2000年時(shí)在這一區(qū)域已到達(dá)波弗特海附近。2005年中層增暖水的東邊界已經(jīng)延仲到了波弗特海，整個(gè)加拿大海盆只有

7、波弗特海的中層水最高溫度小于0.5℃。而2006年的觀測(cè)結(jié)果顯示，核心層溫度低于0.5℃的中層暖水已經(jīng)在加拿大海盆消失。這說(shuō)明整個(gè)北冰洋中層水的熱力性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生根本性的變化。 通過(guò)對(duì)加拿大海盆中層水核心層的溫鹽空間分布特性的分析，初步分析了環(huán)極邊界流穿越楚科奇海臺(tái)復(fù)雜地形的運(yùn)移路徑。研究結(jié)果表明，北風(fēng)深海平原的中層水主要來(lái)自楚科奇海臺(tái)北部，而不是從楚科奇深海平原穿越楚科奇海溝直接進(jìn)入到北風(fēng)深海平原的南部。中層水繞過(guò)楚科奇海臺(tái)北部

8、后，一部分水體轉(zhuǎn)向并沿著北風(fēng)海嶺的東部陸坡繼續(xù)向南運(yùn)移；而另一部分水體在北風(fēng)海嶺的北側(cè)直接脫離陸坡進(jìn)入到深海平原中，其中存在深刻原因有待進(jìn)一步研究。 對(duì)北冰洋核心層深度變化的研究表明，中層水溫度增加(或降低)的同時(shí)，并非一定伴隨著核心層深度的抬升(或下沉)，二者的變化并不是同步的。例如在楚科奇海臺(tái)海域，近10年來(lái)在中層水核心層溫度升高的同時(shí)，核心層深度卻在加深。并且在加拿大海盆核心層深度在存在一個(gè)空間差異逐漸變小的趨勢(shì)，即不同區(qū)