北欧海溢流源区的水文特征及溢流水输送形式研究

摘要

北欧海作为联系北大西洋和北冰洋的纽带，在全球气候系统中占有重要地位。高温高盐的大西洋水受到地形和海气相互作用的影响，在格陵兰海通过冷却对流过程下沉形成高密度水。该水体向南输送，在格陵兰海-苏格兰海脊以深层溢流的形式进入北大西洋深层补充北大西洋深层水，对全球大尺度海洋环流和气候系统产生重要影响。深入理解北欧海的溢流过程有助于更好地预测北极地中海对气候变化的影响和响应。
　　北欧海的对流和溢流过程具有较长的研究历史，但是两者之间的联系尚不完全清楚。本文围绕这一科学问题，利用2014年北欧海考察得到的高空间分辨率数据研究了北欧海内形成格陵兰-苏格兰海脊溢流（简称溢流）的途径和机制，提出了格陵兰海“一级溢流”的概念，初步构建了北欧海内“一级溢流”驱动北欧海南部溢流的理论框架。针对温盐数据仅表征密度的影响，并不能完全分离实际流动中密度场和风应力各自作用的缺点，本文研究了北欧海的比容高度，并将其与海表面高度数据进行了比较，得到了密度场决定的流场的启示。
　　格陵兰海的水体密度较大，其具有的较高的势能驱使该水体向其他海域扩散，其形式类似于格陵兰-苏格兰海脊的溢流，因此可以认为北欧海存在两级溢流，而格陵兰海流出的水体形成了北欧海内部的“一级溢流”。“一级溢流”受到地形的约束，只能在特定位置发生，其中扬马延水道是该流动最主要的通道，而莫恩海脊上的缝隙也可能产生间歇性地流动。该流动通过两种方式贡献于溢流。格陵兰海略高温高盐的中层水通过扬马延水道后沿扬马延海脊向南流动，直接贡献于溢流;上层的低温低盐水在跨过莫恩海脊后积聚在挪威海盆北部，形成一个小的“冷水库”。该“冷水库”上层200米的水体逐渐变性，可能最终加入到挪威海的大西洋水中，200-300米的水体在锋面附近潜沉进入挪威海300-600米，形成了一个庞大的“冷水库”。该“冷水库”高密度水所具有的较大的重力势能驱动大量水体向南流动，形成溢流。该“冷水库”的形成得益于挪威海北部的锋面分布。扬马延锋位于挪威海盆西侧，仅限于300米以上，而分离挪威海盆和罗弗敦海盆大西洋水的挪威海流锋主要分布于300-600米的深度。该锋面分布结构有利于格陵兰海上层冷而淡的水体以等密度混合的形式长驱直入进入挪威海内部，形成“冷水库”。600米以下的水体由于密度太大不能直接形成溢流，该水体在动力条件约束下在各个海盆之间进行交换，构成了溢流水的底部支撑。
　　利用EN3数据集计算了北欧海1993-2010年的比容高度，发现北欧海的平均比容高度呈现海盆中央低，挪威沿岸高的态势，这种分布态势与北欧海的流场密切相关。通过比较北欧海的比容高度异常与海表面高度异常，发现对应于2014年北欧海考察的“冷水库”位置，两者在罗弗敦海盆和挪威海盆北部的相关性较高，表明该区域有较强的斜压效应。另外，北欧海区域平均的海表面高度异常和比容高度异常振幅在1993-2002年高度一致，其后比容高度异常明显低于海表面高度异常，特别是2006年后，前者对后者的解释不足50％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 北欧海研究现状

1．2．1 北欧海的位置及地理特征

1．2．2 北欧海的环流

1．2．3 地形对北欧海环流的影响

1．2．4 北欧海的水团及其形成

1．2．5 北欧海的锋面

1．3 北欧海关键科学问题

1．4 本文拟研究的主要内容及本文结构

2 2014年北欧海考察

2．1 航次简介

2．2 水文数据及处理

2．2．1 调查仪器

2．2．2 数据初步处理

2．3 地转流计算

2．4 北欧海考察初步分析

2．4．1 本文中的水团定义

2．4．2 断面分析

2．5 本章小结

3 北欧海的“一级溢流”及其对格陵兰-苏格兰海脊溢流的影响

3．1 “一级溢流”概念的提出及其依据

3．1．1 格陵兰海南部水文性质

3．1．2 格陵兰海水的溢出通道

3．1．3 “一级溢流”存在的依据

3．2 格陵兰海水的出流及其影响

3．2．1 挪威海的“冷水库”的定义及其特征

3．2．2 格陵兰海中层高盐水出流

3．2．3 挪威海北极中层水

3．3 北极锋分叉现象及其与冷水库关系的深入认识

3．4 溢流水底部支撑水体的来源和分布特征—“调车场”概念的提出

3．5 本章小结

4 北欧海的海平面

4．1 简介

4．2 数据与方法

4．2．1 水文数据

4．2．2 卫星数据

4．2．3 比容高度计算方法

4．3 比容高度的计算对参考深度选取的敏感性

4．4 北欧海的比容高度

4．4．1 北欧海平均比容高度

4．4．2 比容高度的线性变化趋势

4．5 比容高度异常和海平面异常的比较

4．5．1 比容高度异常和海平面异常的相关性

4．5．2 海平面异常和比容高度异常的时间序列

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结与讨论

5．2 对未来研究工作的展望

参考文献

致谢

个人简历

发表学术论文