阿拉伯海氧最小区核心层化区域双扩散与剪切湍流对垂向氧通量的差异化调控机制

本研究通过2019年科学航次同步观测数据，首次量化了阿拉伯海氧最小区（OMZ）核心层化区域双扩散（盐指）与剪切湍流对垂向氧通量的贡献差异。发现盐指机制导致的向下氧通量（-7.0±0.5×10-2 μmol m-2 s-1）比传统认知的剪切湍流（-6.4±0.7×10-3 μmol m-2 s-1）高一个数量级，揭示了双扩散过程在海洋生物地球化学模型中的关键作用。

　　

在浩瀚的阿拉伯海深处，存在着一个被称为"海洋死亡地带"的神秘区域——氧最小区（Oxygen Minimum Zone, OMZ）。这里的水体氧浓度低于5 μmol kg^-1，成为全球第二大强OMZ。这片特殊水域不仅是海洋氮循环的关键场所，通过反硝化作用产生强效温室气体N₂O（其增温潜能是CO₂的300倍），更是调控区域渔业资源和全球气候的重要因子。然而，关于维持OMZ稳定性的物理机制，特别是垂向氧输送过程，长期以来存在巨大认知空白。

印度海洋信息服务中心的研究团队在《Deep Sea Research Part II》发表的研究，通过创新性的同步观测手段，揭开了阿拉伯海OMZ核心区氧传输的神秘面纱。研究人员利用2019年5月科学航次获取的溶解氧垂直剖面和微结构剪切数据，首次量化了双扩散（盐指）与剪切湍流两种物理过程对层化区域氧通量的相对贡献。

关键技术方法包括：1）使用Rockland Scientific VMP-250微结构剖面仪获取湍流剪切数据；2）同步测量溶解氧垂直分布；3）基于SODA V3.3.1再分析数据和Argo网格化溶解氧产品进行对比验证；4）通过INCOIS过程特异性观测计划获取阿拉伯海OMZ核心区（18°N, 67°E）7天时间序列和8个站位数据。

【Hydrographic conditions and salt fingering】
研究区域展现出典型的春季水文特征：表层高温（>30°C）高盐（>36 psu），弱风条件（<3 m s^-1）导致浅混合层发育。关键发现在于氧跃层存在中等强度盐指 regime，其扩散系数（10^-5-10^-4 m² s^-1）显著高于剪切湍流（2.8±1.1×10^-6 m² s^-1）。

【Summary and conclusion】
盐指诱导的向下氧通量（-7.0±0.5×10^-2 μmol m^-2 s^-1）比剪切湍流（-6.4±0.7×10^-3 μmol m^-2 s^-1）高10倍，且远超水平环流氧通量（3×10^-4 μmol m^-2 s^-1）和生物耗氧率（-3×10^-3至-40×10^-3 μmol m^-2 s^-1），导致净向下氧输送。

这项研究颠覆了传统OMZ模型中忽视双扩散作用的认知，为解释阿拉伯海OMZ在气候变化下的响应差异提供了物理机制。成果对改进生物地球化学模型、预测海洋脱氧趋势及其对渔业资源和温室气体排放的影响具有里程碑意义。研究特别强调，在全球变暖可能导致波斯湾水体浮力增加的背景下，准确参数化双扩散过程将成为预测阿拉伯海OMZ演变的关键。