冰晶过程对冰架底部融化冻结的影响研究

Antarctic ice shelf basal melting/freezing has important impacts on Antarctic Bottom Water formation, sea ice extent and ice shelf stability. This project aims to study the critical role of frazil ice processes in the basal melting/freezing of Amery Ice Shelf, the third largest ice shelf around the Antarctic. In this project, we will use a new and low cost ground based phase sensitive radar to conduct long-term and high frequency measurement of ice shelf thickness, and we will also include a module of frazil ice into a high-resolution regional coupled ocean-sea ice-ice shelf model, to investigate the influences of frazil ice processes on the basal melting/freezing of Amery Ice Shelf. In this project, we will consider the growth, collision, secondary nucleation, transport of ice crystals to simulate the formation of marine ice and its spatial and temporal patterns. We will also examine the sensitivity of out flowing of ice shelf water to different frazil ice schemes. These observational and modeling studies will benefit our deep understanding of the interactions between the circulation in the sub-ice-shelf cavity of Amery Ice Shelf and the circulation in Prydz Bay.

南极冰架底部融化冻结对南极底层水生成、海冰范围和冰架稳定性有重要影响。项目拟针对南极第三大冰架-埃默里冰架-冰腔内冰晶过程对底部融化冻结的影响开展现场观测和高分辨率数值模拟研究。项目将使用一种新型、低成本地基相敏雷达对埃默里冰架厚度进行长期和高频次的观测，也将在一个区域高分辨率海洋-海冰-冰架耦合模式中嵌入冰晶模块，研究冰晶过程对埃默里冰架底部融化冻结的影响。项目将考虑冰腔内由于过冷水的存在导致的冰晶生长、碰并和输送过程，模拟冰架底部海洋冰的生成过程和时空变化，研究不同冰晶方案对冰架出流水温度、盐度和流速的影响。这些观测与模拟研究有利于深入理解埃默里冰架下环流与普里兹湾环流的相互作用过程。

南极冰架底部融化冻结对南极底层水生成、海冰范围和冰架稳定性有重要影响。项目针对南极第三大冰架-埃默里冰架-冰腔内冰晶过程和海洋环流对底部融化和冻结的影响开展了研究。项目主要使用一个嵌入冰晶模块的冰架-海洋边界层模式和一个区域高分辨率海洋-海冰-冰架耦合模式，研究冰晶过程和冰腔内部的海洋环流过程对埃默里冰架底部融化冻结的影响。..项目围绕冰晶过程对片状冰底部质量平衡的影响开展了数值模拟研究，确定了当地片状冰增长率与过冷水过冷温度间的定量关系，这一关系主要受悬浮冰晶颗粒的大小控制。挟冰晶过程的过冷水羽流边界层的研究发现：1）模拟的埃默里冰架下混合层深度与悬浮冰晶浓度垂向梯度最大值所对应的深度高度一致；2）冰晶浓度引起的密度分层效应对冰架下羽流边界层动力与热动力垂向结构的影响非常显著。项目还揭示了东南极埃默里冰架下融水边界流内上层快速羽流同下方静止暖水间强烈的剪切不稳定现象。..项目也使用高分辨率的海洋-海冰-冰架耦合的高分辨率模式研究并量化了埃默里冰架下的有效位能和动能的三维结构及其转化路径，并利用敏感性实验研究了“冰泵”机制对埃默里冰架下环流的影响。基于MITgcm设计出空间分辨率达500米的次中尺度级海洋-冰架耦合模式，深入研究了东南极典型水文特征条件下冷而淡型陆坡流的多尺度演化特征，揭示了海槽对陆坡流的动力学影响机理。通过使用水文观测数据，特别是南极象海豹水文观测数据集MEOP，改进了国际通用的海底地形数据集IBCSO V1中南极普里兹湾海域的测深数据，揭示了普里兹湾环流、热输运和埃默里冰架底部融化对地形修正的敏感性响应。..这些观测与模拟研究有利于深入理解埃默里冰架下环流与普里兹湾环流的相互作用过程，对深入理解复杂的极地气候系统具有重要意义，有利于我国发展包含极地冰盖的地球系统模式和开展极地冰盖和冰架质量平衡及其对全球海平面变化的研究，对改进全球海平面变化的预估有重要支撑作用。