太平洋入流对楚科奇海水团及海冰的影响

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北极快速变化背景下,通过白令海峡的太平洋入流通量具有显著的年际变化和增加趋势。其中,太平洋冬季水(PWW)作为西北冰洋重要的营养盐来源,在楚科奇海的分布与变化特征倍受关注;楚科奇海海冰对入流热输运的响应亦是研究热点。本文基于(1/4°)(经纬度)北大西洋-北冰洋-北太平洋海洋-海冰耦合模式1994~2015年的模拟结果,从季节与年际尺度分析了入流对楚科奇海水团以及海冰的影响,并进一步探究了白令海峡开阔水域的形成机制及预报性。主要结论如下:(1)太平洋夏季水(PSW)集中于夏、秋季向极输运,并主控了太平洋入流通量的年际变化(相关系数r=0.88,置信水平p<0.01)。PWW则主要在冬、春季进入楚科奇海,其流通量年际变化较小(0.52±0.03 Sv)。夏、秋季,PWW主要分布在楚科奇海北部,其上界深度随时间推移不断加深,垂向厚度也随之减小。楚科奇海南区PWW的年均体积呈下降趋势,受白令海峡处PSW流通量年际变化的影响显著(r=-0.74,p<0.01);除2002~2004年外,北区PWW年均体积的年际变化相对较小。(2)楚科奇海融冰期间的海冰体积变化由热力过程主控,且冰底融化量约为冰表2倍之多。热收支估算表明,冰底融化消耗的热量主要来自海面净热通量以及太平洋入流所携带的热量;融冰初期和盛期(5月中旬~8月初),海面净热通量贡献占优;后期和末期(8月中旬~10月中旬)则主要受入流热通量影响,且该影响可持续至结冰早期,降低了海冰冻结速率。整个融冰期,入流向楚科奇海水体贡献了约67%的热量。相较于海面净热通量,入流热通量对楚科奇海海冰面积年际变化的影响更为显著(r=-0.71,p<0.01),并主导了融冰期水体热含量变化(r=0.85,p<0.01)及向下游海区热输运的年际变化(r=0.88,p<0.01)。(3)楚科奇海大范围融冰自白令海峡开始,1989~2019年卫星观测的海冰密集度表明白令海峡开阔水域通常形成于4月下旬至6月初。模式结果关联分析表明其形成时刻的年际变化与先冬(1月16日~2月15日)纳瓦林角近岸海区的海冰密集度显著相关(r=0.88,p<0.01)。先冬海洋-海冰环境调控了纳瓦林角近岸开阔水域形成的早晚,该区开阔水域一旦形成,表层海水将吸收大量的太阳辐射,并经阿纳德尔流的侧向输运促使下游海区快速融冰。纳瓦林角近岸海区与白令海峡的开阔水域形成时刻仅相差20天,但利用该区海冰形成与融化阶段冰情的密切联系,本文实现了对白令海峡开阔水域形成时刻提前4个月的季节预报。
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