徐智昕，許建平，高郭平，侍茂崇

(1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.上海海洋大學(xué)，上海 201306；3.衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；4.國(guó)家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

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2011年冬季南極普里茲灣及其鄰近海域水文特征與水團(tuán)分析*

徐智昕1,2,4，許建平1,2,3,4*，高郭平2，侍茂崇1

(1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.上海海洋大學(xué)，上海 201306；3.衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；4.國(guó)家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

摘要:利用澳大利亞在南極戴維斯站施放的17頭南象海豹攜帶的小型CTD記錄器收集的2011-02—06期間的溫、鹽度剖面資料，研究了普里茲灣及其鄰近海域冬季水文結(jié)構(gòu)及其水團(tuán)特征，結(jié)果表明：冬季溫、鹽、密度垂直結(jié)構(gòu)變化顯著，溫度變化呈現(xiàn)逆溫層(或雙逆溫層)結(jié)構(gòu)，并隨著海面降溫和結(jié)冰析鹽過(guò)程的加劇，海水上下層混合加強(qiáng)，逆溫和鹽度、密度躍層由強(qiáng)變?nèi)酰敝了w結(jié)構(gòu)變得垂直均一；海水密度變化則主要取決于鹽度。研究海域共有7個(gè)水團(tuán)組成，它們是普里茲灣表層水、普里茲灣次表層水、普里茲灣陸架水、普里茲灣冰架水和普里茲灣底層水，以及南極繞極深層水和逆溫躍層水等，并給出了各個(gè)水團(tuán)的特征指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：普里茲灣；南極冬季；CTD記錄器；水文結(jié)構(gòu)；水團(tuán)

普里茲灣是南極大陸周圍面積僅次于威德爾海和羅斯海的第三大海灣，北鄰印度洋。普里茲灣內(nèi)水深變化較小，在其東北和西北部分別由四女士淺灘和弗拉姆淺灘盤踞，中間存在一條深水槽(水深為600～700 m)，一直向?yàn)硟?nèi)延伸至埃默里冰架前緣，是灣內(nèi)外水體交換的主要通道；在陸架坡折處地形陡峭，水深從600 m急劇增加到3 000 m以上的深水大洋區(qū)域。

對(duì)普里茲灣的科學(xué)調(diào)查和研究，始于20世紀(jì)50年代的國(guó)際地球物理年期間(1957—1958年)的南大洋聯(lián)合觀測(cè)。此后，美國(guó)、前蘇聯(lián)、澳大利亞、法國(guó)和日本等國(guó)家也開展了大量的調(diào)查研究。在國(guó)際聯(lián)合考察計(jì)劃BIOMASS(1977—1986年)，重點(diǎn)進(jìn)行了普里茲灣海洋生物、物理海洋和海洋化學(xué)等要素的調(diào)查與研究，進(jìn)一步增加了對(duì)該海域水團(tuán)和環(huán)流等基本特性[1-3]的了解。自1999年開始，澳大利亞組織開展了為期10 a的埃默里冰架海洋研究專項(xiàng)(AMISOR)，對(duì)埃默里冰架的變化及冰架-海洋相互作用過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)和研究，同時(shí)開展冰架-海洋相互作用的數(shù)值模型研究。

自1989年，中國(guó)在普里茲灣的東南沿岸建立南極科學(xué)考察站“中山站”以來(lái)，25 a間已經(jīng)對(duì)該海域開展了20多次海洋環(huán)境、生物、化學(xué)、海冰和海洋漁業(yè)資源等多學(xué)科綜合調(diào)查，獲得了一批有關(guān)普里茲灣水體結(jié)構(gòu)、水團(tuán)、海洋鋒、環(huán)流和海冰等分布、變化特征及其成因等方面的研究成果[4-14]。

盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)普里茲灣及其鄰近海域進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)60 a的調(diào)查研究活動(dòng)，但限于南極惡劣的環(huán)境條件，以及科學(xué)考察船和觀測(cè)能力的限制，對(duì)該海域開展長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的密集和連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)仍然較為困難，已有觀測(cè)資料的空間覆蓋率和時(shí)間持續(xù)性都有較大局限，尤其是在南極冬季的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料更顯匱乏，對(duì)該海域冬季海洋環(huán)境狀況及變化了解較少。為此，本文擬利用2011年南極夏末初冬季節(jié)由南象海豹CTD標(biāo)記獲得的溫、鹽度剖面資料，開展普里茲灣及其鄰近海域冬季海洋水文特征和水團(tuán)分布的分析和研究探討。

1資料來(lái)源及其質(zhì)量控制

利用的CTD資料由澳大利亞海洋集成觀測(cè)系統(tǒng)(Integrated Marine Observing Systems, IMOS)提供。2011-02-03期間，在普里茲灣戴維斯南極站附近海域(圖1,圖中實(shí)線矩形框?yàn)檠芯繀^(qū)域，上虛線為灣內(nèi)區(qū)與陸架/陸坡區(qū)的分界線，下虛線為陸架/陸坡區(qū)與深海大洋區(qū)的分界線)分批布放了21頭攜帶小型CTD-衛(wèi)星中繼數(shù)據(jù)記錄器(CTD-Satellite Relay Data Loggers, CTD-SRDLs)的南象海豹，以獲取南大洋水文(溫度和鹽度)觀測(cè)剖面。當(dāng)南象海豹進(jìn)入海中覓食和遷徙時(shí)，平均每日能夠獲得2～3條CTD剖面[15-16]，通過(guò)ARGOS衛(wèi)星把剖面觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到法國(guó)衛(wèi)星地面接收中心(Collecte Localisation Satellites, CLS)。然后由英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)海洋哺乳動(dòng)物研究中心(Sea Mammal Research Unit, SMRU)，采用類似于國(guó)際Argo計(jì)劃規(guī)定的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法，對(duì)每個(gè)觀測(cè)剖面進(jìn)行處理及質(zhì)量控制，經(jīng)校正后的水文數(shù)據(jù)(溫、鹽)估計(jì)精度為±0.03 ℃和±0.05[17]。

圖1　南極普里茲灣地理位置及地形分布Fig.1　Geographic location and bathymetry of the Prydz Bay

通過(guò)繪制全部剖面的位溫(θ)、鹽度(S)和位密度(δθ)垂直分布圖及θ-S曲線、點(diǎn)聚圖等，經(jīng)比較分析，對(duì)那些帶有異常數(shù)據(jù)點(diǎn)的剖面或溫度(或鹽度)值明顯偏低或偏高的剖面進(jìn)行了篩選，同時(shí)對(duì)十分接近海岸的觀測(cè)剖面或超出本研究區(qū)域(圖1)的觀測(cè)剖面，也做了剔除處理；另外，對(duì)有效觀測(cè)剖面數(shù)量不足15個(gè)的CTD標(biāo)記(這里把每頭攜帶CTD-SRDLs的南象海豹，根據(jù)其編號(hào)以“CTD標(biāo)記”稱之)也予以剔除，最終獲得17個(gè)CTD標(biāo)記，其活動(dòng)軌跡如圖2所示。在觀測(cè)期間累計(jì)獲得了4 426個(gè)觀測(cè)剖面，最大觀測(cè)深度達(dá)到了1 832 m，最淺僅為54 m。這些CTD標(biāo)記，最早布放時(shí)間是在2011-02-26，最遲在03-29；而最早離開普里茲灣的CTD標(biāo)記是在3月底，最遲在6月上旬，其中4月上旬至5月中旬是CTD標(biāo)記離開海灣比較集中的時(shí)期，這與灣內(nèi)海冰凍結(jié)過(guò)程和冰情發(fā)展密切相關(guān)。

為研究該海域的水文結(jié)構(gòu)和水團(tuán)分布，除了繪制各個(gè)剖面的θ、S和δθ垂直分布圖及θ-S曲線外，還選取了幾個(gè)代表性月份(3月和4月)和代表性層次(6，100，200和500 m等)繪制了θ和S大面分布圖；同時(shí)，還將整個(gè)研究區(qū)域劃分為3個(gè)子區(qū)域，即普里茲灣灣內(nèi)區(qū)、陸架/陸坡區(qū)和深海大洋區(qū)，其中普里茲灣灣內(nèi)區(qū)和陸架/陸坡區(qū)以達(dá)恩利角北端(約67°45′S)沿緯向連線為界，陸架/陸坡區(qū)和深海大洋區(qū)則以南極圈(66°30′S)為界(圖1虛線所示)，分別繪制了各個(gè)子區(qū)域的θ-S點(diǎn)聚圖，以及整個(gè)研究海域的θ-S點(diǎn)聚圖等，并計(jì)算了θ、S和δθ躍層的特征參數(shù)。

圖2　南極普里茲灣及其鄰近海域南象海豹遷徙路徑Fig.2　Southern elephant seal migration tracks in the Prydz Bay and its adjacent waters

2結(jié)果分析

2.1海洋水文特征

2.1.1溫、鹽、密度垂直結(jié)構(gòu)

在戴維斯站附近海域，選擇了3個(gè)分別于03-01，03-16和05-16觀測(cè)的代表性CTD剖面(圖3)，以DV-1，DV-2，DV-3站稱之?？梢钥吹剑?月下旬至3月上旬期間幾乎所有的觀測(cè)剖面在次表層(水深約90 m)均呈現(xiàn)較明顯的逆溫結(jié)構(gòu)(或逆溫躍層)和中等強(qiáng)度的鹽、密躍層，其強(qiáng)度分別為0.018 ℃/m，0.017/m和0.013 kg/m4，上混合層深度淺于30 m；隨著時(shí)間推移，混合層深度不斷加深，逆溫結(jié)構(gòu)或溫、鹽、密度躍層逐漸消失，進(jìn)入5月下旬后，這里的溫、鹽、密度幾乎呈垂直均勻的分布結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，表層溫度也從-1.61 ℃下降到-1.89 ℃，且隨著深度加深，溫度略微升高約0.10 ℃，底層(水深為552 m)溫度為-1.80 ℃；鹽度和密度也分別從33.64和27.11 kg/m3上升到34.35和27.66 kg/m3，且隨深度增加，鹽度和密度同樣略有增大，但增幅不大，僅為0.04和0.02 kg/m3。

CTD標(biāo)記進(jìn)入埃默里冰架前緣通常在3月中旬，然后沿冰架由東南向西北移動(dòng)，并在冰架前緣停留較長(zhǎng)一段時(shí)間(1～2個(gè)月)。圖4給出了冰架前緣2個(gè)分別于03-21(EM-1站)和06-08(EM-2站)觀測(cè)的代表性CTD剖面，可以看到，冰架前緣的溫、鹽、密度垂直結(jié)構(gòu)變化較大，尤其是溫度變化比較復(fù)雜。該海域觀測(cè)到的溫度普遍存在逆溫層結(jié)構(gòu)，表層溫度從-1.74 ℃上升到150 m層上的-1.05 ℃，在250 m層又急劇降為-1.86 ℃，比表層溫度還要低0.12 ℃。同樣，鹽度和密度也分別從表層的33.79和27.19 kg/m3上升到200 m層的34.40和27.68 kg/m3，且隨深度增加，鹽度和密度值仍略有增加。進(jìn)入5月后，隨著海面降溫和結(jié)冰析鹽過(guò)程的加劇，海水上下層混合明顯加強(qiáng)，逆溫和鹽度、密度躍層也由強(qiáng)變?nèi)?，直至消失，冰架前緣水體結(jié)構(gòu)變得垂直均一。

三皇在這里留下了“伏羲畫八卦”、女媧補(bǔ)天、神農(nóng)嘗百草的神話。中國(guó)最美麗、最古老、最有影響力的神話傳說(shuō)牛郎織女、嫦娥奔月、漢水女神、大禹治水等在這里誕生。

在深海大洋區(qū)域的溫、鹽、密度垂直結(jié)構(gòu)與陸坡區(qū)域(圖略)相近，但逆溫躍層(0.011 ℃/m)、鹽度躍層(0.007/m)和密度躍層(0.005 kg/m4)的強(qiáng)度明顯要強(qiáng)些，尤其是逆溫躍層的下界溫度顯得更高，最大溫度在250 m層附近可以達(dá)到1.22 ℃(圖5)。

研究海域中部(DS-2站，04-21觀測(cè))，水體垂直結(jié)構(gòu)與東部(DS-3站，04-25觀測(cè))、西部(DS-1站，04-21觀測(cè))區(qū)域存在較大差異，從表層(-1.72 ℃)到250 m水深(1.22 ℃)處，溫度急劇增加，躍層強(qiáng)度(0.030 ℃/m)顯著增強(qiáng)，且?guī)缀醪淮嬖谏匣旌蠈?；鹽度和密度也有類似的分布趨勢(shì)，躍層強(qiáng)度分別為0.015/m和0.008 kg/m4。該剖面躍層下界深度的急驟抬升，以及厚度變薄、強(qiáng)度增大，可能與下層海水涌升作用影響有關(guān)。

圖3　戴維斯南極站附近海域θ,S和δθ垂直分布Fig.3　Vertical profiles of θ, S and δθ in the sea area around the Davis Station

圖4　埃默里冰架前緣海域θ,S和δθ垂直分布Fig.4　Vertical profiles of θ, S and δθ in front of the Amery Ice Shelf

圖5　深海大洋區(qū)域θ、S和δθ垂直分布Fig.5　Vertical profiles of θ, S and δθ in deep waters

2.1.2溫、鹽度大面分布

由于CTD標(biāo)記的觀測(cè)剖面疏密程度不一，這里采用色標(biāo)來(lái)區(qū)分不同海域溫、鹽度的大面分布(圖6)。從圖中可以看出，3月份表層溫度都在-0.80 ℃以下，最低溫度為-1.96 ℃。沿著普里茲灣近岸區(qū)域和埃默里冰架前緣(>-1.30 ℃)，溫度普遍要高于遠(yuǎn)離海岸或冰架的區(qū)域(<-1.50 ℃)，而且表層(6 m)以下溫差(>0.50 ℃)要更大些。在陸坡以外區(qū)域，200 m水深以下溫度(>-1.00 ℃)也要明顯高于表層(<-1.80 ℃)，最大溫度值可達(dá)0.69 ℃。500 m層溫度普遍都在-1.70 ℃以下，最低可達(dá)-2.13 ℃，且主要集中分布在埃默里洼地的中南部區(qū)域。

而到了4月，表層溫度普遍下降到-1.70 ℃以下，只有在埃默里冰架前緣的北側(cè)和東南端的兩個(gè)小區(qū)域中，有高于-1.60 ℃的海水盤踞，最高溫度可達(dá)-1.00 ℃。100 m層以下(圖7a)，除了埃默里冰架前緣北側(cè)和埃默里洼地北部呈一片過(guò)冷卻水(<-1.80 ℃)外，溫度普遍都在-1.70 ℃以上，靠近陸坡及以外的深海大洋區(qū)，溫度基本都在-1.20 ℃以上，最高可達(dá)1.10 ℃。到了500 m層(圖7b)，雖然普里茲灣內(nèi)和灣口陸架上溫度已經(jīng)降至-1.90 ℃以下，但陸坡及以外的深海大洋區(qū)，溫度卻反而有升高的趨勢(shì)，普遍都在-1.00 ℃以上，最高溫度可達(dá)1.27 ℃。

2011-03，表層鹽度普遍呈近岸區(qū)域或冰架前緣(<34.00)比遠(yuǎn)離海岸或冰架區(qū)域(>34.40)低的分布格局(圖8)。6 m層上鹽度在灣口和陸架區(qū)域呈現(xiàn)一條高鹽帶(>34.40)，最高鹽度為34.57，而在近岸區(qū)域或冰架前緣，以及陸坡及以外的深海大洋區(qū)，鹽度值在34.00左右，最低僅為33.52。100 m層以下，鹽度基本維持了表層的分布態(tài)勢(shì)，但鹽度值普遍升高；到了500 m層，鹽度普遍都在34.30以上，最高鹽度值可達(dá)34.82。

圖6　2011-03代表層上溫度大面分布Fig.6　Horizontal temperature distribution at selected levels in March, 2011

圖7　2011-04代表層上溫度大面分布Fig.7　Horizontal temperature distribution at selected levels in April, 2011

圖8　2011-03代表層上鹽度大面分布Fig.8　Horizontal salinity distribution at selected levels in March, 2011

圖9　2011-04代表層上鹽度大面分布Fig.9　Horizontal salinity distribution at selected levels in April, 2011

2.2水團(tuán)分析

2.2.1θ-S曲線

由戴維斯南極站附近海域的代表性θ-S曲線(圖10a)可以看到，3月初，θ-S曲線呈現(xiàn)明顯的“穹”狀分布，表層為次低溫(-1.65 ℃)、低鹽(33.74)，次表層為相對(duì)高溫(-0.97 ℃)、高鹽(34.18)，下層為低溫(<-2.00 ℃)、高鹽(>34.50)。到了3月中旬，隨著海面降溫及結(jié)冰析鹽過(guò)程的加速，水體上下層混合加劇，底層水溫略有上升，θ-S曲線呈橫倒的反“S”狀。表層溫度下降到-1.82 ℃，鹽度則升到34.12，次表層溫度稍有升高(-1.72 ℃)，鹽度為34.36；底層溫度在冰點(diǎn)以下(最低為-2.00 ℃)、鹽度為34.57。在觀測(cè)剖面的最深處，溫度又回到了冰點(diǎn)附近，鹽度達(dá)到34.66。4月中旬，θ-S曲線已經(jīng)演變?yōu)橐粭l“斜線”，表層溫度降至冰點(diǎn)，鹽度為34.22；次表層以下，溫度稍高，最高可達(dá)-1.77 ℃，鹽度在34.50左右。

圖10b給出了埃默里冰架前緣的3條代表性θ-S曲線，這些剖面觀測(cè)時(shí)間在3月中旬至6月上旬。無(wú)論在埃默里冰架前緣的東南部、北部或西北部，θ-S曲線隨著時(shí)間推移，其形狀變得越簡(jiǎn)單，從長(zhǎng)翅到短翅的“大雁”狀，直到“點(diǎn)”狀，溫度始終處于冰點(diǎn)以下，最低可達(dá)-2.08 ℃。鹽度范圍也從34.30～34.77縮小至34.50～34.72，最終落在34.58點(diǎn)上。大約在4月下旬后，埃默里冰架前緣海水已經(jīng)達(dá)到充分混合的狀態(tài)。

圖10c為研究海域北部深海大洋區(qū)域的代表性θ-S曲線，這些剖面均是在4月中旬以后觀測(cè)。從代表東、中、西部的3條θ-S曲線上可以看到，它們的分布形狀比較相似，呈彎曲的“勾”狀，即從表層到中層溫度持續(xù)升高，達(dá)到頂峰后卻有回落的趨勢(shì)。表層溫度在冰點(diǎn)附近，鹽度略低于34.00，深層溫度約在1.00 ℃以上，最高達(dá)1.25 ℃，鹽度則在34.80左右，最高可達(dá)34.86。

圖10　2011年普里茲灣不同區(qū)域的θ-S曲線Fig.10　θ-S curve of different areas in the Prydz Bay, 2011

2.2.2θ-S點(diǎn)聚

2011-02-06期間全部CTD剖面的θ-S點(diǎn)聚圖，如圖11所示。整個(gè)研究區(qū)域θ-S點(diǎn)聚比較分散，似無(wú)顯著的水團(tuán)核心。但是，從θ-S點(diǎn)聚的疏密程度觀察，沿冰點(diǎn)線上下θ-S點(diǎn)聚顯得密集些，這里對(duì)應(yīng)某些低溫水團(tuán)的核心所在；沿約27.8 kg/m3等密度面分布、且比較集中的θ-S點(diǎn)聚，是某些比較高溫的水團(tuán)；而在27.4～27.7 kg/m3等密度之間比較分散的θ-S點(diǎn)聚，是某些水團(tuán)的變性水體或過(guò)渡水體。通過(guò)對(duì)分區(qū)域和分時(shí)段θ-S點(diǎn)聚圖的分析，可以較為準(zhǔn)確地判別觀測(cè)期間的水團(tuán)結(jié)構(gòu)及組成。

從普里茲灣內(nèi)各月θ-S點(diǎn)聚的分布(圖12)來(lái)看，這里應(yīng)是低溫、高鹽陸架水和過(guò)冷卻的、高鹽冰架水的源地(或核心)區(qū)域。初冬期(3月和4月)由于水體還沒(méi)有充分混合，盡管海面已經(jīng)降溫、結(jié)凍(即由“南極表層水”或“普里茲灣表層水”占據(jù))，但次表層卻依然維持了較高的溫度(暫稱“普里茲灣次表層水”)，連同表層水不斷與下層的陸架水和冰架水混合，產(chǎn)生了變性(相對(duì)低鹽)的陸架水和冰架水(暫稱為“普里茲灣低鹽陸架水”和“普里茲灣低鹽冰架水”)；進(jìn)入深冬期(5月和6月)，上下層海水已經(jīng)達(dá)到充分混合，普里茲灣主要由高鹽陸架水和高鹽冰架水盤踞。

圖11　2011-02-06期間研究區(qū)域θ-S點(diǎn)聚 Fig.11　θ-S scatter diagram of the study area during February to June, 2011

圖12　2011-03-06期間普里茲灣內(nèi)θ-S點(diǎn)聚Fig.12　θ-S scatter diagrams of the inner Prydz Bay area during March to June, 2011

離開普里茲灣進(jìn)入陸架/陸坡區(qū)域，觀測(cè)剖面明顯減少，各月θ-S點(diǎn)聚也顯得比較稀疏，相對(duì)而言，4月和5月θ-S點(diǎn)聚相對(duì)集中些。從圖13中可以看出，在陸架/陸坡區(qū)，陸架水和冰架水還是存在的，可能是因?yàn)殡x埃默里冰架稍遠(yuǎn)，冰架水的影響遠(yuǎn)不及陸架水明顯，且普里茲灣次表層水已經(jīng)不見蹤跡，而是由南極繞極深層水和變性的繞極深層水(暫稱“逆溫躍層水”)，以及普里茲灣底層水取而代之。從θ-S點(diǎn)聚分布的離散程度可以推測(cè)，在該區(qū)域陸架水和冰架水與南極繞極深層水和普里茲灣底層水的混合，從初冬到深冬季節(jié)都表現(xiàn)得十分激烈。

進(jìn)入深海大洋區(qū)域的觀測(cè)剖面更少，各月θ-S點(diǎn)聚(圖14)也更分散，表明在該區(qū)域各水團(tuán)間的混合從初冬到深冬季節(jié)同樣十分激烈。這些水團(tuán)主要有南極表層水、南極繞極深層水、逆溫躍層水和普里茲灣底層水、普里茲灣陸架水，以及普里茲灣冰架水。值得指出的是，普里茲灣冰架水只出現(xiàn)在4月，其他數(shù)月只有受普里茲灣陸架水的影響。

綜上所述，研究海域冬季主要有7個(gè)水團(tuán)，其中4個(gè)為永久性水團(tuán)，它們是普里茲灣陸架水、普里茲灣冰架水、普里茲灣底層水和南極繞極深層水，且普里茲灣陸架水和普里茲灣冰架水視鹽度不同，各自又可劃分為2個(gè)次級(jí)水團(tuán)，即低鹽陸架水、高鹽陸架水和低鹽冰架水、高鹽冰架水；還有3個(gè)為變性(或過(guò)渡性)水團(tuán)，其生成源地比較分散，溫、鹽度變化也比較大，它們是南極表層水(或普里茲灣表層水)、普里茲灣次表層水和逆溫躍層水。

圖13　2011-03-06期間陸架/陸坡區(qū)域θ-S點(diǎn)聚Fig.13　θ-S scatter diagrams of the continental shelf/slope area during March to June, 2011

圖14　2011-03-06期間深海大洋區(qū)域θ-S點(diǎn)聚Fig.14　θ-S scatter diagrams of the deep waters during March to June, 2011

2.2.3冬季水團(tuán)的主要特征指標(biāo)

根據(jù)θ-S分析和定性劃分，再結(jié)合溫、鹽度垂直結(jié)構(gòu)和大面分布，得到的研究海域主要水團(tuán)特征指標(biāo)如表1所示。

表1　普里茲灣及其鄰近海域冬季水團(tuán)的特征指標(biāo)

對(duì)照前人研究[1-3,18-21]，該海域水團(tuán)冬季比夏季不僅數(shù)量增加，而且各水團(tuán)的特征指標(biāo)也有不同，個(gè)別水團(tuán)更有較大差別，如南極表層水(或普里茲灣表層水)的溫度更低、普里茲灣冰架水和南極繞極深層水的鹽度更高等。由于受到觀測(cè)深度的限制，即使在深海大洋區(qū)域，仍未見南極底層水的直接影響。但無(wú)論在陸架和灣內(nèi)區(qū)域，還是深海大洋區(qū)域，逆溫結(jié)構(gòu)都十分顯著，而且對(duì)研究海域的影響也是比較明顯的，故根據(jù)其出現(xiàn)的深度不同，分別冠以“普里茲灣次表層水”和“逆溫躍層水”之稱。在南極夏季也存在逆溫躍層水，而普里茲灣次表層水則相當(dāng)于研究區(qū)域夏季出現(xiàn)的冬季殘留水(稱“冬季水”)，但其成因則完全不同。普里茲灣次表層水是由冬季海面降溫及結(jié)冰、析鹽過(guò)程引起的表層海水迅速降溫、增鹽，而表層以下依然還保持著高溫、低鹽的夏季表層水特性所致，即普里茲灣次表層水是初冬季節(jié)水體尚未充分混合之前的一個(gè)過(guò)渡性水團(tuán)。

3結(jié)論

本文利用由澳大利亞海洋集成觀測(cè)系統(tǒng)(IMOS)提供的2011-02—06期間，在南極戴維斯站施放的17頭攜帶小型CTD記錄器的南象海豹收集的溫、鹽度剖面資料，探討了普里茲灣及其鄰近海域冬季水文結(jié)構(gòu)及其水團(tuán)特征，獲得如下主要結(jié)論：

1)研究海域冬季溫、鹽、密度垂直結(jié)構(gòu)變化顯著，尤其是溫度變化比較復(fù)雜，呈現(xiàn)逆溫層(或雙逆溫層)結(jié)構(gòu)，并隨著海面降溫和結(jié)冰析鹽過(guò)程的加劇，海水上下層混合加強(qiáng)，逆溫和鹽度、密度躍層由強(qiáng)變?nèi)酰敝了w結(jié)構(gòu)變得垂直均一。

2)在深海大洋區(qū)域，逆溫躍層(0.030 ℃/m)、鹽度躍層(0.015/m)和密度躍層(0.008 kg/m4)強(qiáng)度在觀測(cè)期間明顯比陸架和灣內(nèi)區(qū)域強(qiáng)，尤其是逆溫躍層的下界溫度顯得更高，最大溫度在250 m層附近可以達(dá)到1.22 ℃。研究海域海水密度的變化主要取決于鹽度差異，而受溫度變化的影響較小。

3)研究海域共有7個(gè)水團(tuán)組成，它們是普里茲灣表層水(南極表層水)、普里茲灣次表層水、普里茲灣陸架水、普里茲灣冰架水和普里茲灣底層水，以及南極繞極深層水和逆溫躍層水，其中普里茲灣陸架水和普里茲灣冰架水視鹽度差異，各自又可劃分為兩個(gè)次級(jí)水團(tuán)，即低鹽陸架水、高鹽陸架水和低鹽冰架水、高鹽冰架水，并給出了各個(gè)水團(tuán)的特征指標(biāo)。

致謝：澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)Mark Hindell教授為本研究提供了IMOS南象海豹CTD數(shù)據(jù)。

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Received: July 17, 2015

*收稿日期：2015-07-17

作者簡(jiǎn)介：徐智昕(1990-)，女，山東菏澤人，博士研究生，主要從事物理海洋學(xué)方面研究. E-mail: zxxu1990@gmail.com *通訊作者：許建平(1956-)，男，江蘇常熟人，研究員，主要從事物理海洋學(xué)方面研究. E-mail: sioxjp@139.com(王燕編輯)

中圖分類號(hào)：P731.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-6647(2016)02-0226-14

doi:10.3969/j.issn.1671-6647.2016.02.008

Study on Hydrographic Features and Water Masses in the Prydz Bay and Its Adjacent Waters in Antarctic Winter of 2011

XU Zhi-xin1,2,4, XU Jian-ping1,2,3,4, GAO Guo-ping2, SHI Mao-chong1

(1.OceanUniversityofChina, Qingdao 266100, China; 2.ShanghaiOceanUniversity, Shanghai 201306, China;3.StateKeyLaboratoryofSatelliteOceanEnvironmentDynamics(SOED), Hangzhou 310012, China;4.TheSecondInstituteofOceanography,SOA, Hangzhou 310012, China)

Abstract:Hydrographic features and water masses in the Prydz Bay and its adjacent waters in Antarctic winter are studied using the temperature and salinity profiles from February to June 2011 obtained by the autonomous CTD-Satellite Relay Data Loggers (CTD-SRDL) installed on 17 southern elephant seals and launched at the Australian Davis Station. The results show that the vertical structures of the temperature, salinity and density vary significantly, and the temperature variations show a thermal inversion or double inversion structure. With the intensification of sea surface cooling and brine rejection during ice formation, vertical mixing strengthens, thus causing the attenuation of inversions in thermocline, halocline, and pycnocline till the water structure becomes vertically homogeneous. The results also show that sea water density variations are mainly determined by salinity. There are seven water masses in the study area, they are Prydz Bay Surface Water, Prydz Bay Subsurface Water, Prydz Bay Shelf Water, Prydz Bay Ice Shelf Water, Prydz Bay Bottom Water, Antarctic Circumpolar Deep Water and inversion thermocline water. Characteristic indexes of those water masses are also given.

Key words:the Prydz Bay; Antarctic winter; CTD-SRDLs; hydrographic structure; water mass

資助項(xiàng)目：南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估項(xiàng)目——南極周邊海域物理海洋和海洋氣象考察(CHINARE2014-01-01)；國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)——西太平洋Argo實(shí)時(shí)海洋調(diào)查 (2012FY112300)