北冰洋中層水的分布、變化及其動力過程的研究.pdf

1、本文通過分析1985-2007年期間北冰洋現(xiàn)場觀測水文數(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)的變化過程，并探討了導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)差異和時間變化的原因。本文重點研究了自20世紀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分析了它在加拿大海盆南部的運移路徑，最后討論了在北冰洋中層水增溫時，太平洋/大西洋水鋒面的躍遷現(xiàn)象。

2、 北冰洋中層水來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密度面σ=27.95kg/m-3移動。并且在運移過程中

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，具有相對保守性。對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。但相對于長周期的年際和年代際變化，短周期和季節(jié)變化的幅度為相對小量。因此可以應(yīng)用存北冰洋不同月份的觀測數(shù)據(jù)來研究中層水的年際以上尺度的變化過程。 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不同的海域，研究了中層水溫鹽屬性的年際變化特點。

4、以北極點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階段：1990年之前為中層水的低溫期，這一時期也是中層水鹽度較大，所在深度最深的時期：20世紀90年代初期為中層水溫度迅速增加，鹽度減小和所在深度{臺升的過程；1995年中層水達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。將北極點核心層溫度的時間變化序列與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)。因為AO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北冰洋中層水溫度的變化有著重要的作用。 到20世紀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)。例如在楚科奇海臺海域，中層水在2000-2002年左右達到歷史最高值，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展東邊界。1991-1995年期間，增暖水的東邊界在楚科奇海臺的北風海嶺處。此后增暖水的東邊界開始迅速向東向南擴張，到2000年這一邊界在加拿大深海平原擴展到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展速度更快，到2000年時在這一區(qū)域已到達波弗特海附近。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。這說明整個北冰洋中層水的熱力性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生根本性的變化。 通過對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復(fù)雜地形的運移路徑。研究結(jié)果表明，北風深海平原的中層水主要來自楚科奇海臺北部，而不是從楚科奇深海平原穿越楚科奇海溝直接進入到北風深海平原的南部。中層水繞過楚科奇海臺北部

8、后，一部分水體轉(zhuǎn)向并沿著北風海嶺的東部陸坡繼續(xù)向南運移；而另一部分水體在北風海嶺的北側(cè)直接脫離陸坡進入到深海平原中，其中存在深刻原因有待進一步研究。 對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，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。例如在楚科奇海臺海域，近10年來在中層水核心層溫度升高的同時，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空間差異逐漸變小的趨勢，即不同區(qū)