清華新聞網(wǎng)10月28日電 大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)流（AMOC）是全球海洋環(huán)流的重要組成部分，對(duì)全球氣候變化有重大影響。北歐海高密度溢出流水體是AMOC下支最冷、密度最大的水體，然而該水體形成于何處，如何流向冰島北部，一直不明確。清華大學(xué)地學(xué)系徐芳華研究組聯(lián)合4家國(guó)內(nèi)外單位，基于歷史水文資料、衛(wèi)星遙感資料，應(yīng)用海洋位勢(shì)密度-澀度坐標(biāo)系，首次發(fā)現(xiàn)北歐海內(nèi)高密度溢出流水體形成于格陵蘭海渦流區(qū)域，水體形成后下沉，沿海底地形向南流向冰島北部。
圖1 北歐海流場(chǎng)示意圖，顏色表示底地形，藍(lán)色箭頭表示溢出流。
北歐海內(nèi)高密度溢出流水體主要在冬季開(kāi)闊大洋對(duì)流通風(fēng)作用下形成。但受冬季海況影響，難以對(duì)該過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)，水體形成后下沉，在海洋次表層流動(dòng)，對(duì)其路徑的研究具有很大難度。雖然前人在冰島北部證實(shí)了沿冰島陸坡分別向東西兩側(cè)流動(dòng)的溢出流水體路徑（如圖1所示），但該水體的形成區(qū)域與上游路徑仍不清楚。本研究通過(guò)計(jì)算海洋位勢(shì)密度-位勢(shì)澀度坐標(biāo)系中不同水體間的距離（sigma-pi距離），追蹤了冰島陸坡處的高密度溢出流水體。從冬季混合層內(nèi)水體與冰島陸坡處高密度溢出流水體間sigma-pi距離極小值的分布圖（如圖2a所示）中可以發(fā)現(xiàn)，高密度溢出流水體主要形成于格陵蘭海渦流區(qū)域，水體形成后沿Mohn脊和冰島海東西兩側(cè)流向冰島北部的路徑分別在250-300米與600-650米水層sigma-pi距離極小值的分布圖（如圖2b-c所示）中體現(xiàn)，并進(jìn)一步在絕對(duì)地轉(zhuǎn)流流速場(chǎng)中得到驗(yàn)證。
圖2 sigma-pi距離極小值在冬季混合層（a）、250-300米（b）、600-650米層（c）與出現(xiàn)最淺深度（d）的分布。
本研究同時(shí)指出，北歐海內(nèi)高密度溢出流水體的形成區(qū)域存在年代際變化，即從格陵蘭海渦流邊緣區(qū)域（1986~2004年）轉(zhuǎn)變?yōu)闇u流中心區(qū)域（2005~2015年），但水體形成后流向下游的路徑?jīng)]有發(fā)生太大變化。水體形成區(qū)域的變化與氣候變化背景下北歐海冬季對(duì)流通風(fēng)過(guò)程的減弱、格陵蘭海渦流強(qiáng)度的減弱等因素有關(guān)。理解北歐海高密度水體的形成源區(qū)與路徑，是理解AMOC深水形成和長(zhǎng)期變化規(guī)律的重要前提，因此，本研究在全球海洋環(huán)流系統(tǒng)及氣候變化領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義。
本研究成果以“北歐海高密度溢出流水體的來(lái)源與上游路徑”為題（Sources and upstream pathways of the densest overflow water in the Nordic Seas），發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）上。
清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系博士生黃杰為論文的第一和通訊作者。地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授徐芳華，伍茲霍爾海洋研究所高級(jí)科學(xué)家皮卡特（Robert S. Pickart）、教授黃瑞新、博士后林培根，挪威卑爾根大學(xué)博士生布拉克斯塔德（Ailin Brakstad）為論文合作者。該研究得到中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的支持。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19050-y.
供稿：地學(xué)系
編輯：李華山
審核：程曦
