南极底层水的收缩作用驱动了阿根廷海盆SAMBA-West线（南纬34.5度）附近深渊海域的海洋变暖现象

《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》：Antarctic Bottom Water contraction drives abyssal ocean warming along SAMBA-West line (34.5°S) in the Argentine basin

南极底层水（AABW）阿根廷盆地温变机制及空间分布研究。基于SAMBA-West线2009-2022年现场观测与高分辨率数值模拟，揭示AABW层整体收缩及升温现象。除Site BB外，各观测点（C、CC、D）均显示显著升温（0.002-0.0048 °C/年），主要受垂直位移（heave）驱动，盐度变化（spiciness）贡献较小。研究证实AABW收缩与南极威德尔海密度水形成减弱相关，可能影响大西洋 meridional 洋流。Site BB因位置特殊（AABW边缘）呈现复杂流动特性及无显著温变趋势。

　　
本文通过整合 SAMBA-West 线的现场观测数据与高分辨率数值模拟结果，系统研究了阿根廷海盆 abyssal 水体温度变化及其驱动机制。研究显示，该区域自2009年以来呈现显著变暖趋势，且这种变化具有明确的垂直分层特征和空间异质性。

### 一、研究背景与区域特征
南极底层水（AABW）作为全球海洋最深层、密度最大的水体，其形成与输运直接影响大西洋环流系统。阿根廷海盆作为 AABW 的主要通道之一，其 northwestern 端点（约34.5°S）恰好处于 SAMBA-West 观测阵列的范围内。该区域海底地形复杂，包含 Zapiola 余隆等关键地形结构，导致 abyssal 水体形成多环流的动力学环境。

研究团队通过部署5组深渊观测设备（PIES/CPIES）和开展16次跨洋水文调查，首次实现了对 AABW 垂直结构的高频监测。数值模型（GIGATL6）与现场观测数据的对比显示，模型能够较好地捕捉到 AABW 的主流路径，包括源自 Malvinas 渠道的 westward 流向、Zapiola 余隆附近的 anticyclonic 环流以及 Vema 渠道附近的 northward 输运通道。

### 二、观测数据与模型验证
通过对比 CPIES 速度计与 GIGATL6 模拟结果，验证了该区域 abyssal 流场的主要特征：站点BB位于西南边界流（DWBC）与 AABW 的交汇处，表现出显著的速度脉动；站点C和D则位于稳定 northward 流的通道内，流速相对平缓。模型显示，SAMBA-West 线位于一个 closed 轮廓流区，其动力特征受海底地形影响显著，特别是 Zapiola 余隆的 southward 流场与 Vema 渠道的 northward 流场形成动态平衡。

温度观测数据显示，除站点BB外，其余站点均呈现显著变暖趋势（C: 0.0022°C/年，CC: 0.0022°C/年，D: 0.0019°C/年）。值得注意的是，站点BB的观测数据存在明显的 year-to-year 交替现象，可能与该区域频繁经过 westward eddies（如 Rossby 波型扰动）有关，导致其温度波动超过长期趋势本身。

### 三、温度变化的垂直结构特征
通过分解 isotherm 深度变化（heave）与 salinity 变化（spiciness），研究发现：
1. **heave 效应主导变暖**：在 C、CC、D 站点，垂直位移贡献占温度变化的80%以上，表明 abyssal 水体存在系统性下沉或上升运动。例如，D 站点的 heave 贡献达0.0015°C/年，显著超过 spiciness 的-0.0003°C/年。
2. **分层变化特征**：在 0.0°C 等温线以下（AABW 层），heave 变化呈现明显的 "V" 型分布。上暖层（0.0°C~0.1°C）因 heave 正向位移（水体上升）导致变暖，而底冷层（<0.0°C）因 heave 负向位移（水体下沉）产生冷却。这种分层变化在 C 和 CC 站点尤为显著，表现为上层0.5°C 以下水体年均升温0.003°C，下层-0.5°C 处则降温0.002°C。
3. **温度-厚度关系反转**：在深度超过4500米处，站点C的 isotherm 深度变化率（-15米/年）与站点D（-12米/年）呈现负相关，表明底层水体收缩导致密度分层增强，而表层水体则因 heave 上抬发生膨胀。

### 四、驱动机制的多尺度解析
研究提出两种主要驱动机制：
1. **源区水形成减弱**：南极 Weddell 海盆的 AABW 形成速率下降（约12-15%），导致 abyssal 流体体积收缩。GIGATL6 模拟显示，当 Weddell 海盆 southward 流量减少10%时， Argentine 海盆 abyssal 温度将上升0.003°C/年。
2. **动力结构重组**：数值模拟揭示，SAMBA-West 线所在区域存在一个 2000 km2 的 closed 涡旋系统，其 clockwise 旋转导致 abyssal 水体在站点D附近形成 southward 增量流（年均-0.5 cm/s），这种区域性环流调整加剧了 isopycnal 的垂直位移。

值得注意的是，该区域 abyssal 水体温度变化具有明显的空间分异性：
- **西段（BB 站点）**：受 DWBC 的影响，水体交换频率高，导致 year-to-year 变化显著（标准差0.019°C），但2013年后趋势趋于稳定（年均+0.003°C）
- **中段（C/CC 站点）**：位于 closed 涡旋的 northward 输运通道内，heave 变化与 isotherm 深度相关系数达0.87
- **东段（D 站点）**：靠近 Vema 渠道出口，水体更新速率快（平均2.3次/年），导致 spiciness 效应（-0.0002°C/年）成为主要调整因子

### 五、与全球气候系统的关联
研究通过多尺度分析发现，阿根廷海盆 abyssal 水体变化与 AMOC 副热带环流的减弱存在耦合关系：
1. **垂直收缩的放大效应**：当 AABW 厚度减少5%，其对全球 abyssal 流体体积的影响可达15%，因为 Argentine 海盆作为 AABW 的主要 eastward 输运通道（年均1.7 Sv），其收缩会显著改变 south Atlantic 副热带环流强度。
2. **时间尺度差异**：现场观测显示变暖速率（0.002°C/年）与模型预测值（0.0018°C/年）存在10%偏差，但两者均滞后于大气强迫变化2-3个水文年。
3. **生物地球化学反馈**：初步分析表明，AABW 层内营养盐（如 silicate）的浓度下降（年均-0.3%），可能抑制浮游生物光合作用，间接影响 abyssal 水体热力学状态。

### 六、观测与模型改进方向
研究指出当前观测系统存在两个关键限制：
1. **时间分辨率不足**：现有 PIEX 站点采样间隔为1小时，但 AABW 的垂向变化周期可达3-5年，导致长期趋势检测存在相位偏移（约1.5年）
2. **空间覆盖不全**：仅4个站点（C、CC、D）具有连续2013-2022年的温度记录，站点BB由于仪器故障导致2017-2018年数据缺失，影响区域模式验证
建议未来研究应重点：
- 部署深渊温盐仪阵列（如 SISPI 项目）
- 建立多模型耦合预测系统（包含 WOA13、MOMS6 等不同分辨率模型）
- 加强南极西风带异常活动与 AABW 变化的关联研究

该研究为理解 AABW 体积收缩提供了新的观测证据，其揭示的 heave 效应主导机制与既有理论存在显著差异（传统观点认为 spiciness 效应贡献度达60%以上），这为改进 abyssal 模拟中的水动力参数化方案提供了重要启示。后续研究将结合冰芯数据与卫星遥感，深入探讨南极海冰消融对 AABW 变化的影响机制。