《Ross冰架下的海洋混合与冰融化》

  • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
  • 编译者: 张灿影
  • 发布时间:2020-07-15
  • 大型冰架的稳定性对全球海平面、海冰面积和海洋环流具有重要意义。研究发现,在这些冰架的冰融化中除了有一部分是通过海洋环流驱动,另一部分的冰融化则是由冰架下空洞中大量未观测到的海洋热力学和循环过程控制的,因此,冰架下空洞中的海水有助于冰架的融化。世界上面积最大的冰架——南极洲Ross冰架——虽然没有受到加速融化的直接威胁,但Ross冰架位于南极西部冰原的下游,已经在过去发生了迅速的变化。此外,冰架之间的连通性是冰架和冰盖发生演变的潜在驱动力,而Ross冰架位于迅速融化的阿蒙森海冰架的下游。由于空洞居住时间尺度小于6年,因此可以合理地推测,Ross冰架已经经历了气候变化的影响。早在20世纪70年代中期,人们就对Ross冰架洞穴中的水进行了取样。研究人员确定了水柱中四个不同的区域:均匀化的海底边界层占据水柱最深的20至40 m(区域A)。在这上面是一个大约150米厚的线性分层带(B区)。150米高度可变的温度和盐度结构区域C,在这里温度和盐度的变异较大。而这个区域的顶部是一个大约30米厚的冰下的基底边界层(D区),那里的潜在温度等于或略高于当地的冻结温度。深空腔环流由高盐陆架水驱动,而高盐陆架水是冰架前缘最密集的开阔海洋水团的重要组成部分,高盐水进入冰架空腔中并最终重新出现在中心层或基底层。基底边界层是冰下的海洋层,在那里会发生冰融化和冰的再冻结。根据温度和盐度的分布,可以推算基底边界层厚度在15至20 m之间变化,但在其底面会受到上方低盐水体的约束。在垂直边界层中,影响对流层的是对流不连续性,而不是垂直扩散。
    (郭亚茹 编译; 张灿影 审校)

  • 原文来源:https://www.pnas.org/page/media/highlights
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    • 美国宇航局的一项新研究显示,由于海冰快速融化,北极的一股主要洋流速度更快,湍流也更大。海流是北极脆弱环境的一部分,现在这里被淡水淹没,这是人类造成的气候变化影响。利用12年的卫星数据,科学家们测量了这股被称为“波弗特环流”的环流是如何在前所未有的冷水和淡水的涌入之间保持平衡的——这种变化可能改变大西洋的洋流,并使西欧的气候变冷。 波弗特环流通过在海洋表面附近储存淡水来保持极地环境的平衡。风以顺时针方向吹向北冰洋西部、加拿大北部和阿拉斯加,在那里它自然地收集来自冰川融化、河流径流和降水的淡水。这种淡水在北极地区很重要,部分原因是它漂浮在温暖咸水之上,有助于保护海冰不融化,进而有助于调节地球的气候。然后,在几十年的时间里,漩涡缓慢地将这些淡水释放到大西洋中,使大西洋洋流将其少量带走。 但自上世纪90年代以来,这股环流已经积累了大量淡水——1920立方英里(8000立方公里)——几乎是密歇根湖水量的两倍。这次研究发现,淡水浓度增加的原因是夏季和秋季海冰的流失。北极夏季海冰覆盖率持续数十年的下降,使得波弗特环流更容易受到风的影响,风加快了环流的旋转,并将淡水困在水流中。持续的西风还将洋流向一个方向拖了20多年,增加了顺时针洋流的速度和大小,阻止了淡水离开北冰洋。这种长达数十年的西风对这个地区来说是不寻常的,以前,这里的风向每五到七年改变一次。 科学家们一直在密切关注波弗特环流,以防风向再次改变。如果风向改变,风就会把水流逆转,逆时针方向拉,同时把积聚的水释放出来。从北冰洋释放到北大西洋的淡水可以改变地表水的密度。通常,来自北极的水会失去热量和水分进入大气,并沉到海洋底部,在那里,它像传送带一样将水从北大西洋输送到热带。这股重要的洋流被称为大西洋经向翻转环流,它通过将热带暖水的热量输送到欧洲和北美等北纬度地区,帮助调节地球的气候。如果速度足够慢,它可能对海洋生物和依赖它的社区产生负面影响。研究还发现,尽管由于风的能量增加,波弗特环流失去了平衡,但洋流通过形成小而圆的水漩涡排出多余的能量。虽然增加的湍流有助于保持系统的平衡,但它有可能导致进一步的冰层融化,因为它将冰层下面的冷水、淡水和相对温暖的盐水混合在一起。融化的冰反过来又会导致海洋中营养物质和有机物质混合方式的改变,对北极地区的食物链和野生动物产生重大影响。结果表明,随着海冰在气候变化下逐渐减少,风和海洋之间的微妙平衡。 相关论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-14449-z (郭亚茹 编译;於维樱 审校)
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    • 一项由英国东安格利亚大学领导的研究发现,相邻的冰架在造成下游其他冰架不稳定方面发挥了作用。靠近Thwaites冰架的小型海洋环流(一种循环洋流系统)会影响其下方流动的冰川融水量。当该环流较弱时,更多温暖海水将进入冰架下方的区域,导致其融化。Thwaites冰架是南极洲西部最大的冰架之一,支撑着Thwaites冰川的东侧,在过去20年中迅速消退,是南极冰川中全球海平面上升的最大贡献者。该研究日前发表在国际著名期刊《Nature Communications》之上。 研究人员使用安装在Thwaites冰架下方的传感器收集的数据显示,该冰架在近几十年发生了显著变薄和减弱,在2020年1月至2021年3月期间,冰架下方的海洋浅层显著变暖。造成这种变暖的主要原因是大量冰川融水从松岛冰架向东流入Thwaites冰架下方的区域。当海洋融化冰架底部时,冰川融水与盐水混合,形成比周围水域温度更高的浮水层。这种更轻、相对更新鲜和更温暖的水带来的热量融化了思韦茨冰架的底部。 2020年1月,来自美国的同事在海冰上钻孔并安装了传感器,用于监测Thwaites冰架下方的温度、盐度和洋流。一年多来,这些传感器通过卫星发送用于识别海洋变化的数据,例如海水温度和融水含量等。根据这些观察结果,研究人员怀疑过多的热量不可能起源于Thwaites冰架,因为他们没有在安装传感器的地方看到强烈的融化。通过将信息与计算机模拟相结合以确定这种热量的来源,他们发现离开松岛冰架的水可以进入Thwaites冰架下方的区域。通过使用模型模拟和海豹标签收集的数据对这些水域如何进入Thwaites冰架的机制的研究都表明,Thwaites冰架附近的环流在冬季减弱,这使得更多的热量能够到达冰架下方的浅层区域。 卫星图像还显示,2020/2021年的南半球夏季不同寻常,因为Thwaites冰架附近的地区海冰高度集中。根据模拟结果和前人研究成果,该团队假设环流更弱,因此来自相邻冰架的多余融水无法被洋流从该区域移走,而是进入了Thwaites冰架。这进一步降低了这种环流的强度,从而使冰架下方的冰川融水流入。 收集数据的自动气象学-冰-地球物理学-海洋系统(AMIGOS)的资助来自美国国家科学基金会。该研究还得到了英国自然环境研究委员会(NERC)的支持。(熊萍  编辑)