鄂毕-叶尼塞河与勒拿河流域的羽流：风驱动的动力学过程及其变化特性

《Frontiers in Marine Science》：Ob–Yenisei and Lena plumes: wind–driven dynamics and variability

河口水动力与扩散模式研究：基于欧亚北极Ob-Yenisei和Lena河流的卫星盐度数据分析，揭示了淡水羽流在Kara Sea、Laptev Sea及东白令海的时空扩散规律。主要发现包括：Ob-Yenisei羽流在西风作用下形成东部扩散型（最大面积320万平方公里），东风主导时向西北扩散；Lena羽流在东白令海受风场控制呈现西部（460-580万平方公里）和东部/中部（700-800万平方公里）两种扩散型，其中Ekman漂移效应因浅海地形受限。海冰融化与风力共同驱动羽流动态，验证了Ekman理论在复杂地形下的适用边界。

　　在北极地区，河流的入海过程对海洋环境具有深远影响。特别是欧亚北极的三大河流——鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河，它们形成的河口淡水羽流（River Plumes）是全球最大的淡水羽流之一。这些淡水羽流的扩展模式和动态特性，受到多种因素的共同影响，包括河流的入海流量、风力条件、海水温度变化以及海冰的覆盖情况。本文基于新的卫星观测数据，对这些淡水羽流的分布模式进行了深入分析，并探讨了风力驱动对羽流运动的影响。

### 河口淡水羽流的扩展模式

在卡拉海，鄂毕-叶尼塞羽流表现出两种主要的扩展模式：一种是向北扩展，另一种是向东扩展。当风向为西风或西南风时，羽流会沿着海的南部海岸滞留，并向东扩展进入拉普捷夫海。这种模式下，羽流的面积与鄂毕-叶尼塞河的总入海流量成线性关系。而当风向为东风或东北风时，羽流会向卡拉海的中央和北部扩展，甚至被强劲的东北风驱动进入北卡拉海，其面积可以达到320万平方公里。这种模式通常发生在海冰融化较晚的情况下，允许羽流进一步向北扩展。

在东北极地区，勒拿河的羽流扩展模式主要受到风力驱动的影响。当风力从拉普捷夫海的东南部向西吹拂时，勒拿羽流会向东扩展进入东西伯利亚海，其面积可以达到800万平方公里。然而，勒拿羽流在东西伯利亚海的扩展对入海流量的依赖性较弱，表现出较低的敏感性。勒拿羽流在拉普捷夫海的扩展模式主要表现为向北移动，而东西伯利亚海的扩展则与风力和海冰的动态变化密切相关。

### 河口淡水羽流的动态特征

在北半球，河流入海形成的淡水羽流通常具有显著的横向和纵向扩散特征。这些羽流的扩散模式不仅受风力方向和强度的影响，还受到海面地形、海冰覆盖情况以及海水的密度结构等地理因素的调控。例如，在卡拉海的北部分布中，羽流的扩展主要受到西新地岛洋流的影响，这种洋流可以将羽流推入海冰覆盖区域，从而形成更广泛的扩散。

在拉普捷夫海，勒拿羽流的扩散模式通常较为稳定，主要向北扩展。然而，当风力条件发生变化时，羽流可能向东扩散进入东西伯利亚海。这种扩散模式受到海冰融化时间、风力方向以及河流入海流量的共同影响。例如，在某些年份，由于风力较弱，勒拿羽流未能向东扩散，而是停留在拉普捷夫海的南部区域。而在其他年份，由于风力强劲，勒拿羽流能够突破东西伯利亚海的东部边界，进入贝aufort海，进一步扩展其范围。

### 风力对羽流运动的影响

风力是控制河口淡水羽流运动的主要因素之一。在卡拉海，风力的驱动使得鄂毕-叶尼塞羽流能够沿不同方向扩散。例如，当风向为西风或西南风时，羽流主要向东扩展，而在东风或东北风条件下，羽流则向北扩展。风力的变化不仅影响羽流的扩展方向，还决定了其扩散速度和范围。

在拉普捷夫海，勒拿羽流的扩散同样受到风力的控制。当风向为西风时，羽流能够向东扩散进入东西伯利亚海，而在东风条件下，羽流则主要向北扩展。这种扩散模式在某些年份表现出显著的差异，如2016年，由于风力较强，勒拿羽流未能向东扩散，而是在拉普捷夫海的南部区域扩展。这种差异反映了风力对羽流扩散的动态影响。

### 羽流的监测与数据来源

由于北极地区的地理条件复杂，传统的现场观测方法存在局限性。因此，科学家们采用卫星遥感技术来监测河口淡水羽流的动态变化。卫星遥感数据提供了广泛的覆盖范围，能够捕捉到羽流在不同时间尺度上的变化。然而，这些数据在北极地区的精度相对较低，尤其是在高纬度地区。为了解决这一问题，研究人员开发了区域数值模型，利用机器学习算法对SMAP卫星数据进行处理，提高了卫星数据的准确性。

此外，卫星观测还提供了海面温度和绝对动态海面高度（ADT）的数据，这些数据有助于进一步分析羽流的扩散过程。例如，海面温度可以用于区分羽流与其他水体的边界，而ADT数据则能反映海面高度的变化，从而提供羽流扩展的间接证据。

### 羽流的季节性和年际变化

河口淡水羽流的季节性变化是研究其动态的重要方面。在冰封季节，羽流的扩展受到海冰的限制，而在冰融季节，羽流的范围会显著扩大。例如，勒拿羽流在东西伯利亚海的扩展通常在7月至9月期间达到最大值，而在10月之后，随着海冰的重新形成，羽流的范围会逐渐缩小。

年际变化则反映了不同年份间羽流扩展模式的差异。例如，在某些年份，由于风力条件的不同，勒拿羽流的扩展模式可能从东向变为北向。这种变化不仅影响羽流的范围，还可能改变其与其他水体的相互作用，如与海冰融化形成的低盐水体的混合。

### 羽流对海洋环境的影响

河口淡水羽流对北极海洋环境具有重要的影响。首先，它们改变了海面盐度分布，影响了海洋的密度结构和环流模式。其次，羽流的扩展过程可能促进海冰的融化，尤其是在羽流与海冰接触的区域。这种过程对北极的海冰变化具有重要意义，因为海冰的融化不仅影响海洋生态系统，还可能对全球气候系统产生连锁反应。

此外，羽流的扩展还可能影响海洋生物的分布和繁殖。低盐度的羽流为某些浮游生物提供了适宜的生长环境，进而影响整个食物链。因此，研究羽流的扩展模式不仅有助于理解北极海洋的物理过程，还对生态系统的健康和稳定具有重要意义。

### 研究的意义与展望

本研究利用新的卫星遥感数据，详细分析了鄂毕-叶尼塞羽流和勒拿羽流在北极海洋中的扩展特性。通过比较不同年份的羽流扩展模式，研究人员能够更好地理解风力、河流入海流量和海冰条件对羽流运动的综合影响。这些发现不仅为北极海洋动力学研究提供了新的视角，也为全球气候变化背景下北极环境变化的预测提供了重要依据。

未来的研究可以进一步探索羽流与海洋生态系统的相互作用，以及羽流对北极环流模式的长期影响。此外，随着遥感技术的不断进步，卫星数据的精度和分辨率有望进一步提高，从而为更精确地监测羽流的动态变化提供支持。这些研究将有助于更全面地理解北极海洋系统的复杂性和脆弱性，为保护北极环境和应对气候变化提供科学依据。