西北冰洋中尺度涡旋生成、演化及其对海冰变化的影响

摘要

研究表明,大尺度的大气强迫仅能部分解释北极海冰的快速变化特征,而其它的贡献则极有可能来自于上层海洋热力及动力过程.然而对于海洋的热力及动力效应对海冰快速衰退的研究还很少见,尤其缺乏对中尺度过程及其在上层海洋热量再分配过程中的作用的深入了解.rn 基于一个全球有限元海洋-海冰耦合数值模式(FESOM),实现了西北冰洋楚科奇海一波弗特海的局部网格精细化,模拟研究了该区域夏季太平洋入流水北向输送过程,尤其是中尺度涡旋的生成、演化及其对海冰融化过程的影响.借助于有限元技术的局部网格细化及调整能力,FESOM能够实现全球架构背景下局地网格的加密,既能解决计算效率,又避免了区域模型的开边界问题.本研究中,关心海域网格分辨率约-3 km,基本可以模拟该海区中尺度过程(Rossby变形半径约5 -10 km),同时通过设置合理的过渡区域,网格分辨率逐步达到1.5.,避免了分辨率变化引起的反射等计算问题. 对比已有的模式及观测数据,该模拟较好地再现了楚科奇海及波弗特海的环流形态及海冰变化.在融冰季节,受太阳辐射的影响,阿拉斯加沿岸流(太平洋入流东侧分支)一路北上的过程中获取了大量热量,进而对高纬度海域海冰融化有着潜在的影响.研究表明,在抵达波弗特海陆架陆坡区时,经常伴随近表层中尺度暖涡的生成及北向传播.此类中尺度涡旋构成了太平洋入流暖水北向跨越陆架陆坡进入加拿大海盆的一个重要途径.通过对典型涡旋的跟踪研究发现,其直接位于海冰底部,携带大量热量,加之流速相对较强,强化了上层海洋与海冰之间的热量交换,进而加速局部的海冰快速融化.