北极海冰快速减退前后的北冰洋上层海洋热含量变化

北极海冰自1997年进入快速减退阶段,对北冰洋造成显著影响。本文利用数值模式结果,分析北冰洋1990—2014年期间的上层海洋(0~150 m)热含量长期变化趋势。研究发现,陆架区只有楚科奇海西部和巴伦支海的热含量有显著增加趋势,其他海域的变化较小。加拿大海盆上层热含量总体呈现上升状态,对北冰洋海盆区上层热含量增加趋势做出主要贡献,且主要取决于夏季太平洋水的热含量变化。随着海冰的减少,夏季太平洋水持续升温,但是其热含量并不是一直处于增加的状态。与北极海冰的快速减退相对应,夏季太平洋水热含量在1997年前后具有两段不同的长期变化特征:1990—1997年为减少趋势,主要归因于其体积减小,与这段时期北极涛动指数减小导致的波弗特流涡向下泵压上层太平洋入流水能力减弱有关;1998—2014年为快速增长趋势,其变化速率是前一段时期的2倍多,该时期的北极涛动指数虽然没有明显变化趋势,但是海冰的加速减少造成大气对海洋的直接强迫增加,波弗特流涡向下泵压的能力变强,使夏季太平洋水体积增大,在海水升温的共同作用下,促成了夏季太平洋水热含量的快速增加。

太平洋入流及其与北冰洋异常变化的联系

太平洋水通过白令海峡进入北冰洋 ,对北冰洋的海冰、水团和环流产生重要影响。在过去的十几年中 ,北冰洋的海冰和海洋系统发生了前所未有的异常变化 ;与此同时 ,白令海峡太平洋入流水的流量和性质发生了改变 ,太平洋水在北冰洋中的运移路径和影响范围也有所不同 ,这些变化之间的关系有待于进一步的研究。本文综述了有关的研究进展 ,探讨了北冰洋异常变化与太平洋入流变化之间的可能联系。

海水盐度遥感反演精度的理论分析

利用海面微波辐射的理论模型和海水介电常数计算公式，对影响海水盐度遥感反演精度的有关因素进行了分析计算，包括波段的优选、极化方式和入射角的设计、温度和盐度对反演精度的影响。结果表明，降低亮温对温度的敏感性应该作为选择盐度遥感波段时考虑的一个重要条件，双极化、较大入射角的天线工作方式有助于提高盐度遥感的精度，但是在低温或低盐条件下仍难以达到较高的盐度反演精度。

2011/2012年夏季南极半岛北端周边海域的水团与水交换

通过分析中国第28次南极科学考察队于2011年12月至2012年1月在南极半岛北端周边海域获得的5条断面观测温盐剖面数据,进一步认识了该海域的水团组成和水交换情况。观测区域南部的鲍威尔海盆及周边深海区,可以观测到保持了较显著高温核心的威德尔深层水、密度大于28.27 kg·m-3的威德尔海深层水以及温度低于-0.7℃的威德尔海底层水。周边陆坡上的威德尔深层水则表现出因与周围水体发生混合而核心性质减弱的特征。在菲利普海岭、埃斯佩里兹海槽等复杂地形处,观测到的对应于威德尔深层水深度的混合与热盐入侵过程更为显著。威德尔深层水能够到达南设得兰群岛以北的象岛东北面海域,但是高盐核心加深至1 500 db,上覆的温暖水体温度基本不变,但盐度随深度显著增大,表明威德尔深层水经历了不同的路径和变性过程。布兰斯菲尔德海峡中没有绕极深层水大规模侵入的迹象,但是乔治王岛周边陆架上可能存在涡旋等中尺度过程,会影响德雷克海峡与布兰斯菲尔德海峡之间的水交换。

中国南大洋水团、环流和海冰研究进展(1995—2002)

总结了 1995年以来中国在南大洋物理海洋学研究和南极海冰研究中所取得的成果。普里兹湾海区是中国南大洋研究的重点区域 ,研究表明 ,在该海区存在显著的深层水涌升和陆架水北扩现象 ,某些年份深层水与陆架水混合后产生了较重的水体 ,但是尚未发现生成南极底层水的直接证据。在普里兹湾所处的印度洋区段 ,亚热带锋、亚南极锋和极锋表现出显著的时空变化 ,特别是不同年份的锋面位置存在较大的摆动。该海区的南极绕极流既是风生的 ,也受到密度场的影响。在凯尔盖朗海台的地形引导作用下 ,南极绕极流表现出显著的非纬向性特征。南极海冰除了显著的季节变化以外 ,也表现出长期变化的趋势。此变化与海洋、大气中的其它变化有一定的相关性 ,表现为两极海冰涛动、南方海洋涛动等多种变化模态 。

L／S波段微波遥感海水盐度和温度的反演算法

对基于多元线性回归构造的非线性多项式形式的L／S双波段微波遥感海水盐度和温度反演算法进行了误差分析，并优化了多项式的系数。进一步提出了一种半解析的反演算法，该算法基于海面微波发射理论模型，构建包含盐度和温度两个反演目标的二元非线性方程组，利用数值解法直接求解该方程组，以反演盐度和温度。该反演算法较以往的算法具有更高的反演精度。

融冰季节北极破碎冰区热通量的初步研究

利用航空遥感数字影像的解析结果和实测气象、海洋和海冰资料,定量研究了夏季融冰期北极破碎冰区的热通量,计算了海洋对大气的热贡献。结果表明,在北极夏季海冰融化时,短波辐射远远大于感热和潜热通量,是表面热通量的决定因素。海洋对大气的热贡献主要由长波辐射决定,在观测期间,海洋对大气的热贡献为38～104Wm-2。这部分热量的大小与海冰的密集度有关,当海冰密集度小于0.8时,海洋对大气的热贡献随海冰密集度的增大而减小;而当海冰密集度超过0.8以后,该热通量将随海冰密集度的增大而增大。

北冰洋盐跃层研究进展

长年存在的盐跃层是北冰洋上层海洋独有的结构之一 ,对维持北冰洋表层的低温特征和海冰存在起着非常重要的作用。在过去的十几年中 ,北冰洋气候系统发生了前所未有的异常变化 ,北冰洋盐跃层也经历了从消退到近乎恢复的戏剧性变化。因此 ,北冰洋及其盐跃层的研究得到了广泛的重视。介绍了有关北冰洋盐跃层研究的进展情况 ,并对研究中存在的问题以及未来的发展进行了分析和阐述。有关北冰洋盐跃层的形成问题 ,先后有平流机制、对流机制等多种观点。认为由于现在欧亚海盆表层盐度普遍增高 ,其盐跃层的形成当以对流机制为主 ;而平流机制则更加适用于加拿大海盆的盐跃层。 2 0世纪 90年代 ,在北冰洋观测到一系列异常变化 ,包括盐跃层退缩、大西洋层增暖和北极海冰减少。实际上 ,这些变化是紧密联系在一起的 。

南大洋凯尔盖朗海台区的流场结构及季节变化

利用冰 -海耦合等密面模式模拟了南大洋凯尔盖朗海台区的环流及其季节变化 .对模拟结果的分析表明 ,该海区的南极绕极流具有非常显著的条带状分布和非纬向性特征 .南极绕极流流经凯尔盖朗海台时 ,在海台的南部、中部和北部表现出不同的形式 ,其南部的一个分支贴近南极大陆 ,与西向的陆坡流之间有强的相互作用 .海台以北的南极绕极流的变化以年周期为主 ,海台以南的变化以半年周期为主 。

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。

夏季北冰洋海冰边缘区海水温盐结构及其形成机理

利用 1 999年北极科学考察期间在海冰边缘区的三次考察数据 ,研究了北冰洋海冰边缘区的温度和盐度结构。将海冰边缘区分为机制不同的两大类 ,一类是暖水海冰边缘区 ,主要热源是外部暖水进入海冰边缘区携带的热量 ;另一类是冷水海冰边缘区 ,主要热源是太阳辐射加热。文中主要对冷水海冰边缘区进行了研究。虽然两个冷水海冰边缘区 (R区与T区 )温度结构不尽相同 ,但都存在表层以下水体中的温度极大值现象 ,R区的温度极大值位于2 0m左右 ,T区的位于 40— 5 0m左右的深度 ,可以认为是海冰边缘区的典型温度特征。作者认为 ,次表层暖水的热源是太阳辐射的直接加热 ,为此 ,建立了太阳加热引起海水次表层增暖的物理模型和简单的数学模型 ,获得了冰下海水在太阳辐射的作用下增暖的解析解。结果表明 ,部分太阳辐射能穿过海冰加热冰下海水 ,加热之初温度的极大值出现在近表层 ,随着时间的推移 ,海温极大值的位置向下移动 ,最终可以达到 40m左右 ,证明了仅仅依靠太阳的短波辐射就可以形成中间暖的水层。文中阐明 ,开阔海水更多的是上混合层和跃层结构 ,冰下海水主要是次表层暖水结构 ;冷水海冰边缘区的海水主要带有冰下海水的特征。由于次表层暖水的形成与海冰厚度关系很大 ,近十几年北冰洋海冰厚度的显著减少势必加?

北极楚科奇海海冰面积多年变化的研究

北极气候系统正在发生显著变化，其中，海冰面积和厚度的减小是其最主要的特征．楚科奇海是海冰面积变化最有代表性的区域．文章利用积累了9a的高分辨率海冰分布数据研究海冰面积的多年变化特征．结果表明，各年的冰情有显著的季节内变化，海冰面积距平曲线体现了不同时期海冰面积变化的动态过程．在1997～2005年间，楚科奇海海冰面积经历了轻（1997年）—重（2000-2001年）—轻（2002-2005年）的变化过程．9a的数据总体上体现了海冰面积减小的趋势，2005年的冰情呈现了历史新低．每年融冰期的长短与冰情轻重有密切的关系，冰轻年份融冰开始时间早，冻结结束时间晚．各年海冰面积最小值发生在9月下旬至10月初，各个年份海冰最小面积差别很大．有的年份只有4％，而重冰年可以大于50％．文章采用4个重要参数表达海冰多年变化．其中海冰面积指数反映了当年总体平均的海冰面积距平；海冰最小面积反映了融冰期海冰的极限情况；上一个冬季的气温积温也与翌年海冰面积有良好的关联；分析了风场对海冰的影响，表明风场在融冰期能够在短时间内改变海冰的覆盖面积．

楚科奇海海冰周年变化特征及其主要关联因素

利用1999年美国国家冰雪资料中心的各种卫星遥感综合分析数据对楚科奇海海冰周年变化进行详细分析,将全年的海冰变化过程分成密集冰封期、东岸融化期、单湾结构期、双湾结构期、三湾结构期、全线北撤期、南进封闭期、全面冻结期8个阶段。海冰冻结期仅2个月,海冰融化期持续4～5个月,说明融冰过程的吸热是个漫长的过程。太平洋与北冰洋海面高度差形成的正压压强梯度力是白令海水进入北冰洋的主要动力,白令海水进入冰下形成的暖水海冰边缘区是海冰融化的重要机制。白令海水在楚科奇海扩散过程受到海底地形产生的Taylor柱效应的显著影响,使其产生绕过浅滩,沿海谷流动,在海谷的方向上输送更多的水体和热量的现象,形成海冰融化的湾状结构。楚科奇海的局地风场也是海冰形态变化的重要因素之一。局地风场在冬季阻碍白令海水的入流,而在夏季促进白令海水的入流。

Emery冰架北缘热盐结构的不均匀性及其成因

根据2005—2006年夏季中国南极第22次南极科学考察的海洋水文资料（64°00′～69°15′S，68°00′～76°00′E），分析了普里兹湾内Emery冰架北缘浮冰区的水团性质。发现Emery冰架东西两端的表层热含量明显高于Emery冰架北缘中部。此外冰架北缘中部海域的上混合层和季节跃层的深度也明显小于东西两端。冰架北缘的底层热盐结构则无明显的东西差异。海洋遥感的证据表明：冰架北缘的表层水的不均匀性与浮冰和冰间湖的空间分布有着密切的联系。

普里兹湾区水团和热盐结构的分析

普里兹湾陆架水能否下沉到800m甚至更深而与上升的绕极深层水相混合并形成南极底层水，迄今仍是一个悬而未决的问题。利用1989－1990和1990－1991南极夏季在普里兹湾邻近海区“极地号”考察获得的温盐资料和有关的化学要素资料，通过对考察区热盐结构和水团分布特性的分析，发现高温、高盐的绕极深层水在某些情况下有可能扩展到普里兹湾陆架上。在观测期间的普里兹湾陆架上几乎不存在低盐陆架水，而观测到的仅是高盐陆架水；由于这种高盐陆架水的盐度在某些测站处已达到34.65×10－3（σt=27．90），因此，这种较重的水已有可能沿着大陆坡下滑而达到800m甚至更深而与上升的绕极深层水相混合。

极区海洋锚碇观测系统的设计和布放

中国第2次北极科学考察(2003年7月—9月)期间,在白令海峡和北冰洋楚科奇海布放了一套潜标和两套明标,在该次考察结束前成功回收了潜标和1套明标,获得了最长为45天的连续观测资料。通过介绍这次布放过程,对极区锚碇系统的相关技术问题进行了讨论,包括观测站位和层次的选择,锚碇系统的设计、布放步骤等,为有海冰存在的低温海域布放锚碇系统提供参考。

南极普里兹湾及其邻近海域水团研究

普里兹湾及其邻近海域是中国南大洋调查研究的传统优势海域与重点区域。围绕夏季表层水、冬季水、陆架水、绕极深层水、南极底层水、普里兹湾底层水、冰架水等研究海区主要水团的特征和分布,总结了前人在南极普里兹湾及其邻近海域基于调查资料开展的水团研究中所取得的成果。研究表明,前人在对陆架水的示性指标界定上,将陆架水是否区分为高盐陆架水和低盐陆架水存在较大争议,在高盐陆架水和普里兹湾底层水的定义上存在重叠;目前尚没有证据表明绕极深层水向南可以伸展到普里兹湾的陆架区域,也没有发现在普里兹湾附近海域生成南极底层水的直接证据。

2003年与1999年楚科奇海海冰的差异及其发生原因

我国在1999年和2003年进行了两次北极考察,这两年海冰的冰情差别很大,分别对应冰情较重和较轻的年份。本文利用卫星遥感资料对1999年和2003年的海冰分布状况及其差异进行了全面的分析,并利用气温和风场资料深入研究形成这种差异的动力学原因。结果表明, 2003年的海冰冰情与1999年相比要轻很多,海冰面积在春季融冰季节和秋季冻结季节显著减小。2003年春季,来自白令海的海水提早半个月进入楚科奇海,导致海冰大范围融化。但是,到了夏季,海冰的面积减少过程停滞下来。而秋季楚科奇海封冻过程比1999年晚半个月。以上这些特征形成了2003年与1999年海冰的显著差异。研究结果表明, 2003年春季和秋季的气温比1999年要明显增高,最大月平均温差接近18°C,显著的高温为海冰融化的加剧和冻结的推迟提供了热量。直接影响海冰分布的是海面风场,两年风场的差异产生了来自白令海的太平洋入流的差异,对春季海冰融化的提前、夏季入流的减弱和秋季冻结过程的推迟起到关键的作用。季节性气象要素的年际差异可以归因于整个北极的AO系统变化, 2003年AO指数是正值, 1999年为负值,成为楚科奇海局地海冰变化的气候背景。

埃默里冰架北缘海洋水文特征的变化

利用中国第24次南极科学考察队(2007/2008)观测的CTD资料,分析了埃默里冰架北缘的温度、盐度、密度的空间分布,并与中国第22次南极科学考察队(2005/2006)观测的CTD资料进行了比较。比较后发现埃默里冰架北缘海域的最新变化是跃层深度明显变深,冰架北缘的东部海洋上层有明显的次表层暖水存在,但该暖水仅仅位于冰架北缘的最东端及其附近的站位,具有明显的局地性。此外,海洋的表层温度、盐度、密度都形成了明显的东西向梯度。这种梯度应与海表层浮冰的密集度有着密切的关系,是海-冰-气三者相互作用的结果。