北极阿蒙森湾口上层环流动力学及其对北冰洋-北大西洋水交换的影响机制研究

本研究基于2003-2004年13个锚系观测数据，揭示了北极阿蒙森湾口上层50米环流的三维结构及其风驱动机理，首次阐明西部边界流受西北/东南风调控的双向切换机制，发现东部流与Beaufort Gyre（BG）的关联性，并解析了秋季淡水、冬季冷盐水和夏季暖水三种水团的交换路径，为理解北冰洋淡水输出对北大西洋经向翻转流（AMOC）的潜在影响提供了关键科学依据。

　　

北极阿蒙森湾作为加拿大北极群岛最西端的门户，是连接北冰洋与北大西洋的关键通道。近年来，随着太平洋入流水量增加和北冰洋淡水储量变化，该区域的水交换过程对全球气候系统的潜在影响日益凸显。然而，受限于严酷的观测条件，阿蒙森湾环流动力学机制及其对流域尺度过程的响应规律长期存在认知空白。

中国极地研究中心联合美国伍兹霍尔海洋研究所等机构的研究团队，通过分析2003-2004年加拿大北极陆架交换研究计划（CASES）布放的13个锚系阵列数据，首次系统揭示了该区域上层环流的多尺度特征。研究发现，湾口西部边界流呈现独特的"风向开关"效应：西北风驱动海水流入湾内，东南风则引发反向流出，这种响应关系在无海冰期持续存在。相比之下，东部边界流全年保持稳定入流，其动力学机制与Banks岛东侧的环流系统及Beaufort Gyre（BG，北冰洋主要气旋式环流）的东南向扩展密切相关。

研究团队采用旋转谱分析和经验正交函数（EOF）分解等方法，发现西部流与局地风场呈显著相关（相关系数0.7），而东部流主要受控于流域尺度的风应力旋度（wind stress curl）。通过温度-盐度（T-S）指纹追踪技术，识别出三种特征水团：秋季来自加拿大海盆的淡水入侵、冬季东部边界流输入的冷盐水团，以及夏季局地大气加热形成的暖水团。特别值得注意的是，当快速冰（fast ice）覆盖时，风-流耦合机制会被显著抑制，这为理解海冰消退背景下环流变异提供了新视角。

在技术方法层面，研究依托30米深锚系搭载的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）和温盐深仪（CTD），获取了全年连续水文数据。通过动态高度计算和位势涡度分析，重建了三维环流结构。结合再分析风场数据和卫星遥感海冰资料，建立了大气-海洋-海冰多要素关联模型。

主要研究发现包括：1）平均环流场呈现"东进西出"格局，西部流出流可延伸至Mackenzie陆坡；2）EOF第一模态（解释方差46%）显示东西边界流的反相位振荡，第二模态（28%）反映全湾一致性变化；3）冬季冷盐水入侵事件与东部边界流的脉动直接相关，而夏季暖水团分布与局地太阳辐射强度高度一致；4）海冰覆盖使风-流响应时间延迟约5天。

该研究发表于《Progress in Oceanography》，其重要意义在于：首次量化了阿蒙森湾作为"北冰洋淡水调节阀"的动态过程，为改进气候模型中北极-亚北极水交换参数化方案提供了观测约束。特别是发现Beaufort Gyre的扩张会通过改变东部边界流强度间接调控淡水输出通量，这对预测北大西洋经向翻转流（AMOC）长期变化具有启示价值。作者在讨论中指出，随着太平洋入流持续增加和北极放大效应加剧，阿蒙森湾环流变异幅度可能进一步增强，未来需结合高分辨率模式深化多尺度相互作用研究。