清華大學地學系徐芳華研究組揭示北歐海高密度溢出流水體的來源與...

清華新聞網10月28日電 大西洋經向翻轉流（AMOC）是全球海洋環流的重要組成部分，對全球氣候變化有重大影響。北歐海高密度溢出流水體是AMOC下支最冷、密度最大的水體，然而該水體形成於何處，如何流向冰島北部，一直不明確。清華大學地學系徐芳華研究組聯合4家國內外單位，基於歷史水文資料、衛星遙感資料，應用海洋位勢密度-澀度坐標系，首次發現北歐海內高密度溢出流水體形成於格陵蘭海渦流區域，水體形成後下沉，沿海底地形向南流向冰島北部。

圖1  北歐海流場示意圖，顏色表示底地形，藍色箭頭表示溢出流。

北歐海內高密度溢出流水體主要在冬季開闊大洋對流通風作用下形成。但受冬季海況影響，難以對該過程進行現場觀測，水體形成後下沉，在海洋次表層流動，對其路徑的研究具有很大難度。雖然前人在冰島北部證實了沿冰島陸坡分別向東西兩側流動的溢出流水體路徑（如圖1所示），但該水體的形成區域與上遊路徑仍不清楚。本研究通過計算海洋位勢密度-位勢澀度坐標系中不同水體間的距離（sigma-pi距離），追蹤了冰島陸坡處的高密度溢出流水體。從冬季混合層內水體與冰島陸坡處高密度溢出流水體間sigma-pi距離極小值的分布圖（如圖2a所示）中可以發現，高密度溢出流水體主要形成於格陵蘭海渦流區域，水體形成後沿Mohn脊和冰島海東西兩側流向冰島北部的路徑分別在250-300米與600-650米水層sigma-pi距離極小值的分布圖（如圖2b-c所示）中體現，並進一步在絕對地轉流流速場中得到驗證。

圖2  sigma-pi距離極小值在冬季混合層（a）、250-300米（b）、600-650米層（c）與出現最淺深度（d）的分布。

本研究同時指出，北歐海內高密度溢出流水體的形成區域存在年代際變化，即從格陵蘭海渦流邊緣區域（1986~2004年）轉變為渦流中心區域（2005~2015年），但水體形成後流向下遊的路徑沒有發生太大變化。水體形成區域的變化與氣候變化背景下北歐海冬季對流通風過程的減弱、格陵蘭海渦流強度的減弱等因素有關。理解北歐海高密度水體的形成源區與路徑，是理解AMOC深水形成和長期變化規律的重要前提，因此，本研究在全球海洋環流系統及氣候變化領域具有重要的科學意義。

本研究成果以「北歐海高密度溢出流水體的來源與上遊路徑」為題（Sources and upstream pathways of the densest overflow water in the Nordic Seas），發表於《自然通訊》（Nature Communications）上。

清華大學地球系統科學系博士生黃杰為論文的第一和通訊作者。地球系統科學系副教授徐芳華，伍茲霍爾海洋研究所高級科學家皮卡特（Robert S. Pickart）、教授黃瑞新、博士後林培根，挪威卑爾根大學博士生布拉克斯塔德（Ailin Brakstad）為論文合作者。該研究得到中國國家自然科學基金和美國國家科學基金的支持。

全文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19050-y.

供稿：地學系

編輯：李華山

審核：程曦