白令海2008年冬夏季节陆架水的差异.pdf

第2 7 卷第5 8 2 0 1 0 年1 0 月 海洋 预 报 M A R 琳EF O R E C A S T S 、，0 1 2 7 N o 5 O c t 2 0 1 0 白令海2 0 0 8 年冬夏季节陆架水的差异 李荣滨，张林 ( 国家海洋环境预报中心，北京1 0 0 0 8 1 ) 摘要：本文利用中国海洋大学极地变化重点实验室提供的2 0 0 8 年3 月与7 月白令海陆架水资料， 对白令海2 0 0 m 内水域温盐及水团进行了分析和对比，对白令海陆架区冬季水团形成机制做了初 步的探讨。白令海冬季陆架水的温盐结构垂向均匀；夏季层化明显，存在垂直温盐跃层；白令海由 夏季表层水和冬季水两种水团组成；白令海冬季残留水团在陆架区水深2 0 m 处即出现，最低温度 较大洋深处冬季水温偏低。 关键词：白令海；陆架水；水团；温盐结构；季节差异 中图分类号：P 7 3 1 文献标识码：A文章编号：1 0 0 3 0 2 3 9 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 4 8 0 7 1引言 白令海位于太平洋和北冰洋之间水量和热量 交换区，是出入北冰洋的门户。白令海位于北太 平洋的亚极区，由于其季节性的海冰形成在相对 低的纬度，因此在影响地球气候系统演化过程中 起着相当重要的作用( T a k a h a s h i ，1 9 9 9 ) “l 。白令海 还是大气二氧化碳的汇，这是由于白令海高生产 力的表层水具有吸收大气C O ：的潜力，其强大而有 效的生物泵，使其对全球碳循环起着非常重要的 作用。白令海不但是重要的渔场，而且是控制C O ： 等温室效应气体、海一气交换通量的关键水体( 陈立 奇等，2 0 0 3 ) 闭。白令海又位于太平洋与北冰洋之 间，在水循环、热量和盐度平衡，以及不同化学 特征方面起着重要的作用。白令海与太平洋和北 冰洋之间的水团交换过程对于理解物质和热量平 衡及气候变化具有十分重要的意义。 白令海水域可分为深浅两大部分：深海盆 ( 阿留申海盆) 位于西南部，面积约为白令海的 1 2 ；东北部为深度浅于2 0 0 m 的陆架区，称之为东 白令海陆架。海盆与陆架之间分界，东南从阿留 申岛链区尤尼马克( U n i m a k ) 水道起，向西北到俄 罗斯纳瓦灵( N a v a r i n ) 海角止，长约1 0 0 0k m 的连线。 董兆乾等1 3 1 对1 9 9 9 年白令海夏季水文特征及水 团进行了研究，将白令海划分为四种水团；高郭 平等H 曾分析白令海5 6 0 N 断面2 0 0m 以深温度、盐 度分布特征；王翠等蹲，分析了白令海陆坡区的海流 分布特征；赵进平等1 6 1 对北冰洋海区次表层暖水的 温盐结构及形成机理做了解释；万彪等( 7 1 对白令海 海盆上层环流年际变化特征做作了探讨；R i s e n ，e v 【叼 利用1 9 7 4 - - 一1 9 5 9 年之间55 0 0 个水文站资料，计算 了白令海海面的动力高度。其结果表明。在海盆 与陆架之间的陆坡处，有一支自东南向西北、各 个季节都存在的海流，并且命名为“陆坡流”。 K i n d e r 等一1 利用TGT h e m p s o n 号船的调查资料和卫 星追踪浮标资料，证实了阿拉斯加流和沿堪察加 半岛南下的堪察加海流的存在，同时还发现阿留 申海盆气旋式环流中间，存在各种中尺度涡、环 和R o s s b y 波。S c h u m a c h e r 等和K i n d e r t m l 利用1 9 7 5 - - - , 1 9 8 1 年的直接海流观测资料，分析了陆架区不同 收稿日期：2 0 1 0 - - - 0 1 - 0 6 基金项目：中围极地科学战略研究基金( 2 0 0 8 0 2 1 5 ) ；1 司家自然科学重点基金项目( 4 0 9 3 0 8 4 8 ) ；“8 6 3 ”项目( 2 0 0 8 A A l 2 1 7 0 4 ) ； 国际极地年中国行动项目( I P Y 2 0 0 8 一P 0 5 0 4 0 0 2 - 0 3 ) 作者简介：李荣滨( 1 9 8 7 一) ，男，助理工程师，从事极地气象预报与物理海洋研究工作。E - m a i l ：h b n m f c g o v e n 5 期李荣滨等：白令海2 0 0 8 年冬夏季节陆架水的差异 图12 0 0 8 年白令海观测位置 图2 冬夏断面位置图 深度处环流特征及差异。结果表明，陆架区也存 2数据说明 在沿等深线的气旋式运动。 本文利用中国海洋大学极地海洋重点实验室 提供的B S I E R P ( B e r i n gS e aI n t e g r a t e dE c o s y s t e m R e s e a r c hP r o g r a m ) 及B E S T ( B e r i n gS e aE c o s y s t e m S t u d y ) 项目和中国第三次北极科学考察项目中的白 令海3 月与7 月C T D 资料，对2 0 0 8 年白令海圣劳 伦斯岛南侧海域陆架水的冬夏季节温盐与水团差 异现象进行了比较。 与之前对白令海研究不同，本文首次对白令 海2 0 0m 以浅陆架水温盐及水团特征进行了冬夏对 比分析，并研究了浅水区冬季水团的保持机制。 为分析研究，对C T D 断面两站之间的资料空 白区域作了插值处理。所有经向断面由南向北、 纬向断面由西向东排列，站位距离以各断面起始 站为原点。与先前对白令海陆架水的研究不同在 于：选取了2 0 0 8 年位于圣劳伦斯岛南侧大陆架水 域，对冬夏季节数据进行了对比分析。 本来所用2 0 0 8 年第三次北极考察白令海数据 观测时间为2 0 0 8 年7 月2 3 2 6 日。考察仪器为“雪 龙”船载S B E 9 1 1 P l u s 温深盐( C T D ) 系统，该系统 由S B E 9 P I u sC T D 、S B E l l P l u s 甲板单元及S B E 3 2 海洋预报 2 7 卷 采水器组成，C T D 采样频率为2 4H z ，最大观测深 度为6 8 0 0m ，温度测量准确度为0 0 0 5 0 0 1 0 c ， 电导率的测量准确的为0 0 0 0 5 - - 0 0 0 1 ，深度测量 准确度为观测最大深度0 1 0 2 5 “2 】。仪器在 整个考察期间工作状态良好，数据没有出现严重 问题，个别数据的错码已经做了校正。仪器在考 察结束后立即送天津海洋标准计量中心进行标 定，确保数据的可靠性。观测数据利用S B E 数据 处理软件进行滤波和样本平均等预处理。所有图 件利用M a t l a b 软件制作完成。为确保图件的客观 性及如实反映实际观测深度，C T D 到达深度与海 底之间的空白区域未作任何插值处理。观测数据 利用S B E 数据处理软件进行滤波和样本平均等预 处理。图中深度坐标原点位于海面下2 3m 处。 水深是测深仪显示的深度，精确到米。需要注意 的有：量的深度是从船底起算，实际深度需要加 上船吃水深度。 2 1 区域位置 观测海域位于白令海北部，圣劳伦斯岛南 侧，距离白令海峡与阿留申群岛均较远，文章所 采用数据测点都在2 0 0m 等深线以内，选取的站点 一个为偏纬向排列，一个为偏经向排列( 见图1 ) 。 2 2 冬夏两季对比断面划分 图2 为冬夏季主要断面位置图，在白令海测站 中选取了其中断面位置重合良好的A 、B 断面， C T D 数据满足了温盐结构对比分析的条件。 3 冬夏断面分析 利用C 仍观测的温盐深数据，以断面站点距 离为横坐标，深度为竖坐标，底部数据空白资料 做海底地形处理。 3 1温度分析 图3 为冬夏温度断面图，断面沿圣劳伦斯岛自 西向东排列，海水结冰析盐使得上层海水增密下 沉与下层海水混合加剧，垂直方向水体温度均 匀，水平方向温度略有差异，呈现西高东低的趋 势，本文认为这种水平的差异是由冰面阻挡风应 力无法作用于水体加之气旋式中尺度涡造成的， 在断面东侧位于涡的西缘，此时水流方向自北向 南，将北部的低温水带到这里，又受到气旋涡外 缘辐合下沉影响，低温水位置不断加深p 】。夏季表 层吸收辐射增加，表层水温明显上升，局部最高 温度达到7 。夏季陆架水垂直方向温度层化明 显，在1 0 - - 2 01 1 1 出现垂直温度跃层，底部有冷水 团，温度在1 0 0 C 以下，从而产生很大稳定性，使 得冬季低温水团的特征得以保留。 3 2 盐度分析 从图4 上看，冬季由于冰面阻挡风应力无法直 接作用于水体，导致冬季盐度断面垂直向均匀， 断面水平差异大，呈现盐度西低东高的趋势，结 合温度西低东高的状态使得近东侧水体密度远大 于西侧而沿陆坡下探，推测出现陆坡下降流。夏 季断面盐度明显降低，随深度变大而升高，垂直 层化明显，远陆架底层有次高盐水，盐度梯度方 向与陆架呈平行状态呈舌状向外海扩散，这是由 于白令海气旋式环流造成的【3 1 。 3 3 极值与平均值分析 表1 主要断面冬夏季温盐数据对比( T ：温度；s ：盐度) 从表1 可以看出，夏季断面海水温度明显高于 冬季，极高值最大相差9 1 ，极小值冬夏变化不 明显，即夏季表层增温快、底层变化缓慢，平均 温度夏季较冬季平均高出3 6 。盐度方面，夏季 盐度值( 极高极低平均) 整体低于冬季1 O 左右。 夏季海水增温主要是由于表层吸收辐射增多引起 的，而盐度整体变小是由于海冰融化，淡水稀释 作用导致。 3 4 断面温盐垂直分布分析 对各站点同一深度的温盐数据做了平均，温 盐垂直数据反映出白令海圣劳伦斯岛南侧海域整 体水体的温盐随深度变化趋势。 3 4 1 温度垂直分布 夏季浅水层明显高于冬季，表层水温最高达 近7 ，水深2 0m 后，夏季水体温度出现明显双跃 5 期李荣滨等：白令海2 0 0 8 年冬夏季节陆架水的差异 5 l 图3冬夏断面温度图 图4冬夏断面盐度比较图 层而迅速下降，出现双跃层的原因是历次大风混 合中混合深度的不同造成的H 。冬季水体在1 2 0m 以上温度均匀，维持在1 8 - 1 7 8 之间，超过 1 2 0m 深水区水温迅速回升而出现逆温现象，原因 是由于压力增大绝热增温所致。1 4 0m 深水温达 到1 5 。C 。图中显示出冬季水体一直呈现过冷水 ( 温度低于O 。C 的海水) 的特征。 3 4 2 盐度垂直分布 冬季，结冰析盐作用使得表层盐度增大而 6 0 7 0m 层而出现盐度跃层。分析2 0 0 8 年白令海 观测海域的海冰资料，在圣劳伦斯岛南侧出现大 的冰间湖，冰间湖形成过程中会析出大量的盐 分，迅速增加周围表层水体的盐度，而与下层稳 定层结的水体形成跃层，从而形成图中的U 型曲 5 2 海 洋预 报2 7 卷 目 魁 隧 昌 越 聪 冬季温度垂直变化图 吕 、_ ， 髓 隧 4 5 温度， 图5冬夏温度深度图 冬季盐度垂直变化图 目 、， 髓 聪 夏季温度垂直变化图 图6 冬夏盐度深度图 线。夏季白令海在盐跃层的上部温度几乎为常数 的情况下，盐度则随深度的增加而增大，这样的 温盐结构也说明它不可能只是混合过程的结果， 而一定会有其它过程参与口l ，分析结果认为7 月份 处于白令海海冰的融冰期，海冰快速融化形成的 大量淡水使得表层水提盐度迅速下降，与下层水 体形成强大盐度跃层。 3 5 T S 分析 T - S 分析，对自令海冬夏陆架水温盐数据进行 了水团分析，图7 中横坐标为盐度，纵坐标为温 度。在冬夏季节断面T - S 图中始终存在温 夏季盐度垂直变化图 度 - 1 、盐度 3 4 4 0 的冬季水，图中清晰地显示 出白令海陆架海域主要有两部分水团组成，分别 为夏季表层水与冬季水。冬夏季节对比看出，在 保持冬季水不变的条件下初现低盐高温水团，由 此推断出此水团有局地辐射作用导致，没有外来 水团的干扰。 3 6 水团构成 3 6 1白令海夏季表层水 白令海域，从温度断面分布图可以看出，冬 季温度断面等温线较为平直，温度垂直分层显 著。夏季海水吸收太阳辐射增多，表层水温度显 5 期 李荣滨等：白令海2 0 0 8 年冬夏季节陆架水的差异 5 3 p 型 赠 B 断面冬季T S 图 p 趟 赠 图7 冬夏断面水团T S 图 著增高。0 2 0m 层为调查区域内的高温层，大部 分温度都超过5 ，局部海域甚至超过7 ，水深 增加温度快速下降，这是典型的夏季表层水的特 征。白令海的夏季表层水较浅，只存在于水面以 下1 5m 以上水层。冬季表层降温和垂向混合的共 同作用，在海洋上层形成了一个最大深度达2 0 0m 的垂向均匀的低温水层；在夏季期间，由于海面 升温和垂向混合减小，从而在冬季低温水层的上 部形成了一个高温层。由于夏季水体吸收较多的 太阳辐射、海冰融解、冲淡水的影响和来自白令 海的输运，形成0 - 2 0m 层内高温、低盐特征，我 们称之为夏季表层水【1 1 。 3 6 2 白令海冬季水 夏季白令海，高温薄层之下是一个低温层， 低温水则是上一年冬季水的“残余”。冬季，在白 令海北部和西部沿岸区域，由于受到西伯利亚强 寒流的作用，由表面向下到5 0 2 0 0m 的深度处， 温度可以降到0 以下，海面甚至会结冰；在浅水 区，冷却和垂向混合可达到底层，温度降到1 5 。C 以下，而表层增温水使得夏季水体保持稳定。 由此将白令海表层水划分为白令海夏季表层 水和白令海冬季水这样两个次级水团。 4 结论 ( 1 ) 白令海陆架区冬夏季节温盐变化显著， 夏季较冬季表层明显升温，盐度减小，有强的温 B 断面夏季T S 图 盐跃层；冬季水体混合均匀，有水平方向的温盐 梯度； ( 2 ) 白令海陆架水冬夏季节差异主要是由于 两季吸收太阳辐射量差异和白令海中尺度涡的 作用； ( 3 ) 白令海陆架区海域冬夏季节主要有两个 水团组成，夏季表层水与冬季水； ( 4 ) 白令海陆架区夏季表层水，受辐射增温 的影响，O 1 0 m 层温度7 月可达6 - - 一7 ；冬季残 留水的最低温度，大致位于6 0 7 0m 的水层内， 最低温度低于白令海深水区冬季水的最低温度。 致谢：感谢中国海洋大学极地变化与研究重 点实验室提供的数据。 参考文献： 【l 】T a k a h a s h i ，T h eO k h o t s ka n dB e r i n gS e a s ：C r i f i c a l m a r g i n a ls e a sf o r t h el a n d - o c e a nl i n k a g e 1 n ：Y o s h i k iS a i t o L a n d - S e aL i n ki nA s h P r o c d i n g so fa ni n t t z n a f i o n a lw o r k s h o p0 1 1s e d i m e n tt r a n s p o r t a n ds t o r a g ei nc o 懿u d 翻鞠h 嗍ns y s t e m M T s u h f l y a 3 a p a a ： 3 4 1 3 5 3 【2 】陈立奇，高众勇，王伟强等白令海盆P c 0 2 分布特征及其对北极 碳汇的影响【J 】中国科学，2 0 0 3 ，3 3 ( 8 ) ：7 8 1 7 9 0 【3 】高郭平，侍茂崇，赵进平等1 9 9 9 年白令海夏季水文特征分析川 海洋学报, 2 0 0 3 8 4 ( 1 ) ：9 - 1 6 【4 】高郭平，董兆乾，赵进平等1 9 9 9 年夏季白令海陆坡区海流动力 分析们极地研究, 2 0 0 3 ，1 5 ( 2 ) ：9 1 - i 0 1 【5 】王翠，赵进平夏季北冰洋无冰海域次表层暖水结构的形成机理 【J 1 海洋科学进展，2 0 0 4 , 2 2 ( 2 ) ：1 3 0 - t 3 7 6 】赵进平，史久新，矫玉田等夏季北冰洋海冰边缘区海水温盐结 海洋预报 2 7 卷 构及其形成机理佣海洋与湖泊J 0 0 3 ，3 4 ( 4 ) ：3 7 5 3 8 8 【7 】万彪，兰健，孙双文等白令海海盆上层环流年际特征及初步机 制研究【J 】中国海洋大学学报，2 0 0 9 ，3 9 ：7 1 2 【8 】A R S E N E VV s C u r r e n t sa n