挪威西部峡湾深水更新事件的观测与建模：揭示海洋生态的关键过程

在峡湾生态研究中，深水更新（DWR）对维持海洋生态至关重要。研究人员对挪威 Masfjorden 峡湾 2021 年 DWR 事件展开观测与建模研究。结果发现该事件受北风和海岸上升流驱动，模型能部分模拟此过程。这为研究峡湾生态和预测 DWR 事件提供依据。

　　在神秘的海洋世界里，峡湾犹如一个个独特的生态小宇宙。其中，深水更新（Deep - Water Renewal，DWR）过程对峡湾生态系统的健康起着关键作用。在有海槛的峡湾中，海槛阻挡了盆地与外部海水的交换，使得盆地内的水容易停滞。长时间的停滞会导致溶解氧浓度下降，当氧气消耗速率超过供应速率时，缺氧（oxygen concentrations?61μmol/kg^?3 ）甚至无氧的情况就可能出现，这对海洋生态系统产生严重影响，比如会降低需氧生物的生长和存活率，改变它们的行为和免疫反应 。而且，不同峡湾的深水更新频率和机制差异很大，这使得准确预测和观测深水更新事件变得极具挑战性。为了深入了解这一复杂的过程，来自国外的研究人员开展了一项关于挪威西部 Masfjorden 峡湾 2021 年深水更新事件的观测和建模研究，该研究成果发表在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是水文观测，通过在 Masfjorden 峡湾和 Fensfjorden 峡湾设置 12 个站位进行电导率 - 温度 - 深度（CTD）剖面测量，获取温度、盐度、溶解氧等数据；同时利用固定水文监测站提供沿海地区的相关观测数据。其次是海洋学系泊记录，在峡湾的不同位置（如峡口、海槛、深盆地）设置系泊设备测量多种参数。最后运用区域数值模型，使用 Norkyst 和 Norfjords 模型，它们基于 ROMS（Regional Ocean Modeling System）构建，通过多种数据进行模型驱动和验证。

研究结果如下：

• Masfjorden 峡湾水文演变：2021 年 4 月，在最深的站位 M05 观测到两个盆地层，上层和下层的密度、溶解氧浓度有明显差异。到 8 月，两层结构消失，上层密度增加，溶解氧浓度上升，表明在 4 月至 8 月间发生了影响整个盆地的更新事件。而且在 2019 年 9 月至 2021 年 4 月期间，峡湾盆地密度呈下降趋势。
• 观测到的深水更新事件：在 2021 年 4 月，海槛处出现两个高密度事件（HDEs），期间海槛处的密度大于盆地底部密度。通过系泊记录发现，4 月 16 - 28 日，370m 处温度逐渐上升，4 月 28 日，472m 处温度突然升高，伴随水流变化，说明高密度水流到达了深内盆地。根据观测到的密度差异估算，更新整个 70m 以下盆地需要 15 - 27 天，更新 180m 以下外盆地不到 1 天。
• Norfjords 模型中的深水更新事件：Norfjords 模型显示 2021 年 4 月 Masfjorden 峡湾发生了高密度事件和更新事件。模型中 150m 处密度在 4 月 7 - 17 日逐渐增加，确定了模拟的高密度事件（mHDE），其时间与观测到的 HDE1 相符，但 HDE2 在模型中未完全体现。模型中的流入水流速度在 0.05 - 0.2m/s^?1 之间，且模型模拟的是部分更新。
• 深水更新事件的驱动因素：4 月期间，观测到多次有利于上升流的北风事件。通过计算每日风脉冲（I）和临界风脉冲（I_Critical ）发现，观测结果中 I 在 4 月 5 - 6 日和 4 月 21 - 25 日超过 I_Critical ，与海槛处观测到的 HDEs 时间相符；模型结果也显示 I 超过 I_Critical 后会产生 mHDE 和深水更新事件，但模型未产生第二次 HDE，可能是因为盆地密度变化和模型对水团转换的模拟不准确。

研究结论和讨论部分指出，2021 年 4 月 Masfjorden 峡湾发生了影响整个峡湾盆地的深水更新事件，这是自 2010 年以来的首次重大更新。由于峡湾地形和湍流混合的影响，更新事件分两个阶段进行。Norfjords 模型虽然能够捕捉到部分深水更新过程，但在密度模拟、水团转换描述等方面存在不足。不过，该模型在模拟海岸上升流和水团运动的时间尺度上较为合理，若与能准确预测盆地密度演变的局部峡湾模型结合，可成为研究挪威峡湾深水更新频率和预测更新事件的有力工具。通过计算风脉冲来表达深水更新潜力，为预测深水更新事件提供了新的思路，但仍需准确的峡湾盆地密度信息。这项研究对于深入理解峡湾生态系统的运行机制，以及合理规划海洋资源利用和保护具有重要意义，为后续相关研究奠定了基础。