北冰洋次表层暖水形成机制的数值研究

发布时间：2020-11-18 20:34

　　 利用实测温盐数据分析了夏季加拿大海盆次表层暖水的结构特征,暖水峰深度在20m附近,极大值为-0.7℃左右,发现了北冰洋加拿大海盆次表层暖水生成于当地,与外来水源无关。针对北冰洋夏季次表层暖水现象,发展了一个冰海耦合柱模式,系统研究了北冰洋次表层暖水形成机制及与其密切相关的海冰变化机制和海气热通量交换机制。 模拟了北冰洋中心区域的海冰季节变化和海气热通量收支,模拟结果与实测资料或前人研究成果基本一致,证明了模式的可靠性。并通过研究影响海冰厚度和冰间水道面积的热力敏感因子,验证了入射长波辐射通量和入射太阳辐射通量是影响海冰厚度、水道面积及海气热通量交换的主要热力因子,气温、比湿等其它因素的对海冰厚度、水道面积和海气热通量交换也有一定影响。发现海冰厚度随着入射长波辐射通量和太阳辐射通量增加呈线性减小趋势,与此不同的是,水道面积比例随着各个强迫因子增加呈现非线性增长。通过数值实验研究了海冰厚度和水道面积对海气热通量交换的影响,结果表明海冰越薄和水道面积比例越大,海气热通量交换就越强。 模拟了北冰洋中心区域的次表层暖水现象,验证了太阳辐射加热和表层冷却是形成次表层暖水的主要机制。通过数值实验定量分析了形成次表层暖水各因子作用,表明太阳辐射是形成次表层暖水的能量来源;长波辐射、气温和比湿等其他大气因子对次表层暖水强度有较大影响;在厚冰区不能形成次表层暖水,冰厚越薄,水道面积越大,则冰下上层海水温度升高得就越快,薄冰和冰间水道是形成次表层暖水的主要能量通道; 数值实验还发现次表层暖水的形成与海水的垂向湍扩散强弱关系密切。通过次表层暖水的模拟值与实测值比较确定湍扩散系数,得到冰下表层海水的湍扩散系数为5.0×10-3 m2/s左右,次表层海水湍扩散系数迅速降低到1.0×10-6 m2/s,表明跃层导致稳定性增大,并由此引起的湍扩散系数突变是次表层暖水出现尖峰特征的关键因素,也是夏季太平洋盐跃层水没有对次表层暖水产生影响、二者在不同深度同时存在的主要原因。建立了次表层暖水极大值与太阳辐射的定量关系,确立了次表层暖水形成的热力反馈机制。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：P731.11
【部分图文】：

加拿大海盆冰下海水的温度接近冰点，向下温度逐渐增加，大0-100m 深度范围内存在一个温度极大值（Coachman et al., 1961; 1975）温度可达 1℃，盐度在 31-33psu 之间，被称为“夏季太平洋盐跃层水（Suacific Halocline Water，SPHW）”（Steele et al.，2004）。然而，近 10 年来的多次观测表明，在加拿大海盆冰下 40m 以浅范围内现另外一个温度极大值水团，这个温度极大值高于冰点，但低于夏季太平层水的温度，大多数时候低于 0℃，盐度小于 30psu。我们称这一水团为暖水（Subsurface Warm Water ，SWW)（赵进平等，2003）。赵进平等（2用 1999 年中国第一次北极科学考察数据资料对加拿大海盆海冰边缘区 R 上层海洋温盐结构（图 1-1）进行分析发现: 上层海水温度自上而下呈递，在 20 m 左右深度上存在一个暖水极大值,温差虽然只有 0.2℃，但是由极大值在该测区普遍存在,具有非常典型的特征,因此称之为次表层暖水。

层暖水温度极大值大多数时候低于 0℃，在。洋较多区域的海冰下面存在温暖的水层，主下 100m 深处的水温。在楚科奇海附近海域拿大海盆（Swift et al，1997）、楚科奇海西伯利亚海衔接的 Long Strait（Weingartench et al，2000），在北冰洋的其它海区，）和格陵兰海（Johannessen et al，1994）大海盆观测到的暖水大部分是指位于 40m 以图 1-2 2003 年中国第二次北极考察观测到的次表层暖水现象，图中曲线分别为 S 1 2站(72.72 °N，158.65°W， 粗实线)和 S13站(72.93°N，158.28°W,细实线)（王翠和赵进平，2004）。

度加快，特别是 2007、2008 急剧减少，其变化速度球海冰主要分布在北冰洋区域，北半球夏季海冰的冰洋夏季海冰的快速减少。积大幅度缩减的同时，海冰厚度也在快速减小，用 1958-1976 年和 1993-1997 年两个时段潜艇数据冰洋深水区海冰厚度由 1958－1976 年的 3.1m 减少减少了 1.3m，大约每十年减少 15%。 Wadhams and潜艇数据也观测到北极浮冰存在变薄现象。虽然有据比较不多，但是毫无疑问，北冰洋的海冰厚度确实图 1-3 北半球 1901-2008 海冰面积年平均（annual）、冬季（JFM）、春季（AMJ）、夏季（JAS）及秋季（OND）年际变化（Walsh and Chapman，2008）。
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本文编号：2889176