南极布兰斯菲尔德海峡夏季环流与水体输送:南环状模与厄尔尼诺 - 南方涛动共同影响下的响应评估

【字体: 时间:2025年05月12日 来源:Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers 2.3

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  为探究布兰斯菲尔德海峡长期环流系统及水体输送变异性问题,研究人员利用 2003 - 2019 年水文数据、测高数据和海洋再分析产品,研究该海峡夏季环流。结果发现其呈气旋式环流,且 TBW 输送量受 SAM 和 ENSO 影响。这有助于理解区域环流机制。

  在地球的南端,南极地区的布兰斯菲尔德海峡(Bransfield Strait)就像一个神秘的海洋实验室,隐藏着诸多关于气候变化影响的奥秘。这片位于南极半岛北部的半封闭海域,连接着寒冷的威德尔海(Weddell Sea)和相对温暖的别林斯高晋海(Bellingshausen Sea),不同性质的水体在这里交汇,使得它成为研究气候变化影响的关键区域。
多年来,科学家们发现布兰斯菲尔德海峡发生了显著变化。从 20 世纪 60 年代到 21 世纪初,海峡内水体出现冷却、变淡和变轻的现象;而自 2010 年代起,又出现了变暖、盐化的趋势。这些变化可不得了,它们直接影响了水体中总碱度、溶解无机碳浓度,还左右着浮游植物的演替,进而影响了该区域海 - 气间的 CO2交换。

然而,尽管布兰斯菲尔德海峡在水体交换中扮演着重要角色,但关于它的长期环流系统以及水体输送速率的时间变化研究却少之又少。为了填补这些知识空白,巴西高纬度海洋学小组(GOAL)的研究人员展开了一项深入研究。相关成果发表在《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》上。

研究人员利用 2003 - 2019 年的高质量水文数据(在夏季对两个水文断面进行 17 次测量,获取电导率 - 温度 - 深度(CTD)剖面)、测高数据以及全球涡分辨率海洋再分析产品 GLORYS12v1,对布兰斯菲尔德海峡夏季环流进行研究。

研究结果显示:

  • 环流模式:布兰斯菲尔德海峡呈现气旋式海洋环流模式。其中,布兰斯菲尔德海流(Bransfield Current)沿着南设得兰群岛(South Shetland Islands)的南坡向东北流动,一直延伸到象岛(Elephant Island);南极沿岸流(Antarctic Coastal Current)则从 62.40oS、55.00oW 附近进入,向西南方向流动。
  • 水体输送:通过 GLORYS12v1 和测高数据发现,部分布兰斯菲尔德海流在乔治王岛(King George Island)和克拉伦斯岛(Clarence Island)之间离开东部盆地,并在南设得兰群岛周围再循环。研究还首次给出长期估算,确定了过渡性纬向水(TBW)在乔治王岛和象岛之间输送,并为布兰斯菲尔德海流提供补给。
  • 与气候模式的关系:研究量化了 TBW 输送强度与气候模式变化之间的联系。当南环状模(SAM)和厄尔尼诺 - 南方涛动(ENSO)指数(SEI)组合为负值时,平均每年有 0.10 Sv 的 TBW 进入布兰斯菲尔德海峡;而当 SEI 为正值时,TBW 输送量增加到 0.31 Sv 。

研究结论表明,该研究首次全面评估了 2003 - 2019 年布兰斯菲尔德海峡夏季环流,明确了其气旋式环流模式的主要组成部分,以及 TBW 输送与气候模式的关系。这对于理解区域环流模式及其潜在机制至关重要,因为这些环流和水体输送的变化直接影响着该区域的物理和生物地球化学性质,有助于科学家们更好地把握南极地区在全球气候变化背景下的海洋生态系统变化,为后续的海洋科学研究和生态保护提供重要依据。

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