站点南极冰架或将坍塌

第卷第期年月极地研究二,燕蒸熟埃默里冰架前缘水的特性和海流结构陈红霞',,潘增弟"矫玉田刘娜"项宝强'中国科学院海洋研究所,青岛中国科学院研究生院,北京国家海洋局第一海洋研究所,海洋环境与数值模拟国家海洋局重点实验室,青岛中国极地研究中心,上海提要本文利用中国第次南极科学考察普里兹湾内埃默里冰架前缘水域观测的、资料,研究并分析了普里兹湾内埃默里冰架前缘水域水的温、盐特性和海流结构.
资料显示,在冰架前缘的水域中存在着四种典型的夏季水团流速分布显示出东进西出的特征.
此外在普里兹湾内的上层和中层海洋中还存在着逆时针和顺时针方向的涡旋逆时针涡旋西侧是普里兹湾向冰架人流的位置所在人流的源地是普里兹湾东侧的沿岸西向流.
这些特征涉及到夏季普里兹湾内的环流形式、冰架底部的消融速率和冰架水的生成规模以及冰架区域与冰架外普里兹湾内的水交换形式.
关键词普里兹湾埃默里冰架冰架水引言普里兹湾位于印度洋南侧的南大洋水域.
其北端面临开阔的南印度洋洋区,其余三面被南极大陆和冰架包围.
除了威德尔海和罗斯海之外,它是嵌人南极大陆最深的第三大海湾.
著名的兰伯特大冰川自南极大陆伸入湾内,,所形成的埃默里冰架是普里兹湾的西南边界.
本文所要研究的埃默里冰架前缘位于普里兹湾内邻近埃默里冰架的水域,东西跨越了个经度.
在冬季,整个海湾冰封,冰厚可达夏季,海冰破裂,部分消融,浮冰覆盖率仍高,且覆盖区多变董兆乾等,.
年月下旬到月上旬,中国第次南极科学考察在普里兹湾内展开.
当时靠近冰架前缘处浮冰已经大部分消融,浮冰覆盖率较低,使得调查有机会在埃默里冰架前缘进行,而且有四个调查站点位于所定义的普里兹湾的最南端"','的南面,取得了十分宝贵的水文资料.
本文的主要目的是通过对实际观测资料的综合分析,研究确定埃默里冰架前缘的海〔收稿日期〕年月收到来稿,年月收到修改稿.
基金项目」国家自然科学基金重点项目资助.
作者简介陈红霞,男,年生.
博士研究生,从事海洋环流研究.
极地研究第卷水物理特性和有这些特性所表征的水团分布、研究确定埃默里冰架前缘的海流结构和空间变化.
普里兹湾、埃默里冰架及其邻近海域的水深和调查站点分布图编号从和以站位叩邝」到的""位置是图口资料来源及其精度本文使用的资料包括中国第次南极科学考察在"雪龙"号船上于年月一日在普里兹湾内埃默里冰架前缘水域调查中获得的共计个站位的全深度、资料站位分布见图.
虽然在设计站位时本应该等间距排列,但由于冰山或者巨大浮冰和船舶漂移等的影响,形成如图所示的实际情况个船舶调查站点中有个是围绕埃默里冰架依次排列的,还有个是靠近冰架不到海里的位置.
其中采用的是型,其中电导率精度士海温精度士.
,℃.
电导率按照所示的方法换算为盐度.
测流仪器采用的是公司的带底跟踪的海马型,仪器下放时的设置参数为,,二·,磁偏角由美国地球物理数据中心提供.
在此设置参数下仪器的速度大小精度为士而,方向角精度为士".
埃默里冰架前缘水域的水团分布及其物理特性就第次南极科学考察的观测而论,夏季除了靠近冰山或浮冰附近、受融冰的影响以外,从整体上看,在普里兹湾内埃默里冰架前缘水域的海水盐度大约介于一之间,海水温度介于一一℃之间,而位势密度介于一群厅之第期陈红霞等埃默里冰架前缘水的特性和海流结构间.
如图所示,表层水的温度和盐度因受多变的海冰分布、融冰、降水、昼夜变化的影响,比较分散见图中盐度小于,这和蒲书簌等的结果是一致的.
受站点分布位置的不同和周围冰山或浮冰的影响,在不同的站点呈现出不同的温度、盐度和密度垂向分布.
从温度的垂向分布来看,典型的温度剖面有图所示的三种形式,它们的相同点在于以下均为很强的温跃层和下混合层,而区别在于上层温度的分布不同.
第一种为在以上有明显的逆温层,而没有上混合层或者上混合层不明显第二种温度分布最为复杂既有明显的上混合层,又有逆温层,位于逆温层上面的上混合层比较薄,且逆温层的范围也较小第三种没有逆温层,上混合层直接和温跃层相接.
逆温层在高纬度地区是比较常见的,在的站点中共有个站点出现但是只有最靠近冰架站点和最东侧的站点呈现为第一种形式,在这些位置受冷界面和冰融水的影响,且风浪的混合机制作用不明显,形成了没有上混合层的上冷下暖的逆温层.
虽然站点和叭、也出现逆温层,但在逆温层之上出现了比较薄的上均匀层,为第二种形式.
其他站点处风浪混合比较充分,只有上均匀层而没有逆温层出现,为第三种形式.
'一叻叫,叻例产厂了了产"厂厂了厂必闪囚一,…"内卜卜否卜飞气门,口囚"叱国芝山卜曰之国'万乙入图所有测站的一分布图曲线为等密度线盐度剖面要比温度剖面的形式复杂,为便于分类比较,仍分成三种典型的形式,如图所示.
其中形式一没有上混合层而直接表现为强度比较大的盐跃层,和温度剖面的第一种形式相对应,在站点和站点处出现.
只有站点呈现为形式二,其最为突出的特点是在上面和下面的两个盐跃层之间,出现较薄的逆跃层,这反映了水团来源的复杂形式.
虽然在剖面形式上,第三种盐度剖面和第三种温度剖面相对应,在以上有一均匀混合层,下面为盐跃层,但只有站点呈现为这种形式.
其他站点应属于形式一和形式三的过渡和交织,在以上混合层和跃层间或出现.
三种形式的盐度剖面在跃层较强的主盐跃层下面情况是一致的,为下混合层.
极地研究第卷由于上下的温度差异最大不超过℃,密度主要取决于盐度和深度的变化与盐度和温度的分布形式相对应,密度的剖面形式也可以分为三种类型,如图所示.
第一种类型是大家所熟悉的,从上至下依次为上混合层、跃层、下混合层,共有个站点为这种类型.
第二种类型为在一之间,有两个甚至三个跃层出现而第三种类型没有明显的上混合层,整个剖面由跃层、下混合层两部分构成.
总的说来,上层温、盐要素的分布主要是受风浪混合、冰融水和环流形式的影响,表现出剖面形式的多样性.
而跃层以下的要素分布受风浪混合和冰融水的影响较小,主要反映了下层的环流形式.
为便于比较和分析,且保留站点相对之间的距离信息,将站点到站点看成是依次相连的一个断面,以站点为起点,以各相邻站点之间的距离按顺序的叠加为横坐标例如站点处的横坐标为站点和以及和之间距离的和,图中给出了除了站点以外的所有站点从西到东的要素断面分布.
图三种典型的温度剖面图横坐标为温度,单位为℃纵坐标为水压,单位为滋石一伴℃之名图三种典型的盐度剖面图横坐标为温度,单位为纵坐标为水压,单位为一一,址第期陈红霞等埃默里冰架前缘水的特性和海流结构…卜八曰,曰名之石名,'孟妇曰八,气,图三种典型的密度剖面图横坐标为密度纵坐标为水压,单位为五一一经一仁孟己一一〕〔〕〕忿、一们一气曰叹」勺勺了母舀.
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护仁匕.
图从站点到站点的断面温度、盐度、密度图,综合图、可以识别出四种不同性质的水团.
第一,在以浅站点的温度、盐度和密度是所有的个站点中最低的,其中盐度最低达犯,温度最低为℃这可能是由于距离冰架最近而由冰架融水引起的,因而可以看作是冰架边缘夏季表层水,这种水可能分布在整个冰架边缘表层.
在以浅温度与站点最为接近的有站点和如果把图中的等深线视为埃默里冰架前边缘,那么可以看出,站点和是冰架前缘两侧距离等深线最近的两个站点.
然而与温度不同的是,在二以浅盐度与站点最为接近的是站点和站点,且比其他站点的盐度要低,因而冰架边极地研究第卷缘表层水对外围水域的影响是西侧弱、东侧强.
站点在表层的温度变化范围为一℃,极大值点出现在站点、、而盐度的变化范围小于,且只在站点和站点稍有波动外,从站点到基本上是一致的士.
埃默里冰架外缘的这些温度一℃、盐度在附近的水团与蒲书篇等提到的普里兹湾夏季近岸表层水是一致的.
第二,在一内包含了温、盐、密度的主跃层,要素的等值线密集,梯度大,这一部分水可以看作是夏季冰架边缘跃层水.
在此深度上站点的温度、盐度和站点已经很接近.
从图中各要素在此深度范围内的分布看,温、盐、密度要素的等值线呈空间不均匀的波状起伏分布.
这种变化的水平梯度值在站点处最大,这是由此处深度上出现温度低于一℃、盐度高于的普里兹湾陆架水〔」的抬升引起的.
第三,在以深,包括站点在内的所有站点上盐度为一,温度低于一℃的普里兹湾陆架水,它是由秋冬季节表层冷却和冰冻析出盐分而形成的低温高盐水蒲书哉等,.
在南极夏季存在的低于一℃的水团也有人称之为冰架水,史久新等认为,这部分水来自冰架下的冷却过程,并且是在冰架前缘经常存在的.
表埃默里冰架外缘及其邻近海域的水团和温盐特性〕刁名称深度盐度温度冰架边缘夏季表层水普里兹湾夏季近岸表层水夏季冰架边缘跃层水普里兹湾陆架水站点一所有站点所有站点二以浅以浅以深左右左右一习一℃左右一℃一一℃一℃以下埃默里冰架前缘海流状况表和图为观测的上层平均一和中层平均一流速大小和流速方向,在图中流速矢量方向按上北下南、左西右东标记.
在调查时,个站点的均下放至底部,可以利用仪器的底跟踪资料确定底部参考层的绝对速度,其他各层速度可由仪器测得的各层与参考层之间的相对速度求得具体算法可以参考文献熊学军等,.
从表可以看出,在冰架外的上层海洋中,海流的平均速度比较大较大流速出现在站点和站点处,流速大于耐流速小于而的只有站点、两处除了站点外其他各个站点流速均大于.
上层海洋中海流的方向以西偏北向为主站点处流向为南向,而站点、处为西南方向,站点、处流向为北偏东向,其他个站点上流向为西偏北.
第期陈红霞等埃默里冰架前缘水的特性和海流结构表埃默里冰架外缘各个站点上层、中层流速、流向表邵一一即一巧站点号上层流速耐,上层流向中层流速.
耐,中层流向—一一'一一,一一一一一一一一叫一一一一一一一飞一"气,,,朋屯在中层,流速明显要比上层流速小除了站点处流速大于而外,其余的均小于或者接近于而.
除了流速较小的站点、流向变化较大外,其余各个站点流向变化在土.
一"之间.
更为直观地,从图上层流速矢量图可以看出在埃默里冰架前缘海流的整体趋势是由东向西流动,流速在远离冰架的地方大于接近冰架的地方.
在普里兹湾东侧流速较大,向西从站点依次到站点所在位置上流速迅速减弱、流向由西偏北向转变为西向、北偏西向、西向,并在站点处有一弱流顺时针涡旋,该涡旋对应于图中的站点上层低盐高温中心.
流速在站点处最大达到耐,流向为西北向,且从站点到站点基本保持此方向.
从站点到站点流向呈逆时针方向旋转,该涡旋流速大于耐,涡旋中心与图中站点处上层的高盐中心对应.
站点到之间有一弱流顺时针涡旋,站点处流向转向北,向西流速减弱,流向转变为北偏西向.
其他区域除了站点处外均为插值结果,结果显示在图中的站点一的东北侧,流向为西北方向在站点的西面、站点一的南侧流向由西向转向西南其他区域流速较小.
在中层流速矢量图图中可以看出流速除了在普里兹湾东侧较大外,其他区域流速均比较弱.
在站点处有一逆时针涡旋,该涡旋与水文剖面中的高盐中心对应上层在站点处出现的弱流顺时针涡旋在中层变为大范围的流向渐变区域,并在站点处流向转变为北向偏西同样和上层不同的是,站点处中层流速和周围站点流速大小相当,在站点到站点之间流向由北向偏西迅速转变为西南向,可视为一逆时针涡旋.
和上层相似的地方在于,站点、处的流仍然为向冰架方向的人流,流向为西南向,流速在巧叮左右站点、之间的弱流顺时针涡旋在中层依然存在,和上层基本相极地研究第卷同.
站点处中层的流向为北向偏东,流速比上层稍大.
站点处流速较小,流向为南向偏东.
整体上看,不论是在表层还是在中层,在站点一外侧的海流以西向、西偏北向流为主,在站点、附近由于沿海流方向水深变浅,在以下有夏季冰架边缘跃层水和普里兹湾陆架水的堆积在靠近普里兹湾西侧的站点、附近海流转向北,这与.
'提出的普里兹湾内海流东进西出是一致的.
这里站点、处的西向流应该属于提出的由南极高原吹来的东风驱动沿岸流,不过流速要比根据水文数据的计算结果耐要大.
此外在普里兹湾内的上层和中层海洋中还存在着逆时针和顺时针方向的涡旋在站点附近中层的逆时针涡旋西侧是普里兹湾东部向冰架一侧人流的位置,而站点一附近从表层到中层的逆时针涡旋西侧是普里兹湾西部向冰架一侧人流的主要位置,这和提出的东风驱动沿岸流是上层普里兹湾内人流的主要来源是相符的.
站点一处从表层到中层的顺时针涡旋可能是由地形的影响产生的.
若以观测站点的流速数据为准,只有在站点、的上层、中层水以及站点、的中层水是向南流动的而北向流的范围则广泛分布在其他站点所在海域内.
由于各个测站所在位置的水深变化比较大,不宜利用统一的深度范围定义下层或者是底层此外在测量过程近底层的数据采样数目比较少,因而底层流不在本文的讨论之列.
应该说明的是,测流结果中并没有去除在潮流的贡献.
由于在研究海域并没有长期潮流观测结果,因此在本文中很难去除潮流部分.
一方面在阿德雷底地的研究表明,潮流校正并没有对海流有所改进另一方面本文中所有的调查点水深均大于,因而可以认为潮流对调查海域的海流影响是可以忽略的.
亡一、眨.
一''…一,一一十一一一一一一'·一,'石】】万十十「「'、一一一卜一一万石石石图冰架前缘流速分布图.
其中"十"处为对应于图中的站点位置,流速分布由站点处的流速利用方法插值获得.
图、分别为上层和中层的流速分布.
嗯巧"",万甲一、即一第期陈红霞等埃默里冰架前缘水的特性和海流结构结论通过对第次南极科学考察获得的实际调查资料分析,可以得出如下结论在普里兹湾埃默里冰架外缘极其邻近海域可以识别出如下四种水团冰架边缘夏季表层水普里兹湾夏季近岸表层水夏季冰架边缘跃层水普里兹湾陆架水.
埃默里冰架外缘站点一之间'内温、盐、密度要素的等值线呈波状起伏分布.
流速资料整体上显示出东进西出的特征.
此外在普里兹湾内的上层和中层海洋中还存在着逆时针和顺时针方向的涡旋逆时针涡旋西侧是普里兹湾向冰架人流的位置所在人流的源地是普里兹湾东侧的沿岸西向流.
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