格陵兰海冷暖水系交汇变性以及输出水体性质形成过程的研究

The Greenland Sea plays as an important cold source at high latitudes in the Northern Hemisphere where cold and dense waters generated during winter. The changes in processes of water transformation and exportation are considered to affect the variations of overflow water property and flux, which can have influences on the global thermohaline circulation and the inflow of Atlantic water to the Arctic region. A comprehensive study on physical processes about the transformation and exportation of the Greenland dense waters can benefit a better understanding of the role of the Arctic Ocean on regional and global climate change. Previous studies suggested that both the inner and the outflow waters in the Greenland Sea have shown a coherent and significant warming trend with changes of salinity varying along depth. However, the oceanic processes resulting in these property changes recently found are still not fully recognized. In this study, based on in-site observations and historical surveys, influences of both the mixing between cold and warm current systems and the winter cooling convection on the formation and transformation of the Greenland Sea dense waters are analyzed. Then the pathways of the Greenland Sea outflow waters and the related processes on water-mass transformation are revealed to find out the contribution of outflow waters to the property of overflow water in the Norwegian Sea. This study will help to increase the knowledge of hydrographic changes in the Nordic seas, which can contribute to recognize the important role of polar ocean processes in global climate system, especially in the context of the Arctic warming amplification.

格陵兰海是北半球高纬度海洋重要冷源，其内部高密度水体生成、变性和输运过程的变化会引起南部溢流水体性质与流量的改变，从而对全球热盐环流和进入北极的大西洋暖水流量产生影响。认识北极海洋变化对区域乃至全球气候系统的影响，就需要对影响格陵兰海内部和输出水体性质的海洋过程进行研究。现有研究表明，格陵兰海内部及输出水体的性质均发生了显著的升温而盐度的变化因深度而异，但目前对与这些变化相关的海洋过程的认识仍不充分。本项目将围绕此问题，结合现场考察和历史资料，分析格陵兰海冷、暖两支水系的交汇混合和冬季冷却变性这两个过程对内部水体性质的影响，揭示格陵兰高密度水体的输出路径及其经历的变性过程，阐明格陵兰海输出水体对挪威海溢流水体性质的贡献。本项目将有助于增进对北欧海水文环境变化机制的理解，尤其是在当前北极快速增暖的背景下，对于全面了解极区海洋过程在全球气候系统中的地位有重要推动作用。

格陵兰海是地球上纬度最高的无冰开阔深海，冬季表面通过冷却能够生成高密度的对流水并供给格陵兰-苏格兰海脊溢流。围绕这部分高密度水体的来源、输运和变性有助于理解北极-北大西洋海洋变化之间的关联，但目前仍然缺少这方面的认识。本项目基于北欧海现场调查数据，结合历史数据和Argos资料，获得了以下主要认识：首先，明确了当前格陵兰海高密度水体由3类水体组成，分别是南部浅对流生成的格陵兰海北极中层水（GSAIW），大西洋水在北部冷却增密生成的dense Atlantic Water（dAW）和来自格陵兰流涡内部的dense GSAIW。这三支源地不同的水体在到达扬马延岛以东后沿等密度面进入挪威海西边界，在挪威海盆北部汇聚形成冷水库。冷水库占居300至800m深度，参与南部溢流水的生成。其次，分别揭示了这三种格陵兰海高密度水体进入挪威海的路径，指出位于莫恩海脊南部的豁口在提供高密度水体出流方面与扬马延水道同样重要。相对暖的dAW因密度较大而能够进入中层，导致挪威海内溢流水热含量的增加，最终通过溢流这这部分热量转移至北大西洋深层。此外，发现相对于中层的增暖和咸化，表层混合层则呈现明显的增暖和变淡趋势，这限制了局地的对流加深。最显著的变淡出现在扬马延寒流所在流域，这与北极淡水输出的增加有关。自1970s以来格陵兰海持续的升温和深对流减弱导致深海盆内高密度水的生成量在下降，但大西洋水在北部的冷却增密很大程度上补偿了这种亏空，这是北极海洋系统对气候改变的一种自我补偿调节机制。这种机制也许是当前格陵兰-苏格兰海槛的溢流强度仍然保持相对稳定的原因之一。同时北极增暖后导致的淡水输出增多已经影响到格陵兰海南部的对流环境，关于整个北极高密度水源区在环北极无冰海域的空间变化趋势以及可能带来的气候影响值得引起关注。