徐智昕， 高郭平， 許建平,4??， 程靈巧， 郭佩芳

(1.中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100； 2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；3.國家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；4.衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

埃默里冰架是東南極最大的冰架，面積約為6.2×104km2[1]，厚度在200～1 500 m之間[2]，其變化直接關(guān)聯(lián)著南極冰蓋物質(zhì)平衡過程并影響海平面變化，具有十分重要的研究意義。埃默里冰架位于普里茲灣的西側(cè)，其前緣存在一個(gè)水深較大的凹槽(即埃默里洼地)，呈東南-西北走向，是灣內(nèi)外交換的主要通道，穿過陸架與陸坡相接壤。陸架坡折處地形十分陡峭，水深從600 m急劇增加到3 000 m；陸坡北側(cè)，進(jìn)入水深超過3 000 m的大洋深水區(qū)域。

普里茲灣作為南大洋系統(tǒng)不可或缺的一部分，其物理海洋學(xué)研究具有重要的研究意義。中國自1984年開始南極科學(xué)考察，普里茲灣及其鄰近海域一直是考察的重點(diǎn)海域。中國科學(xué)家依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)做了多方面的研究[3-5]，對(duì)普里茲灣及其鄰近海域的物理海洋環(huán)境有了較為系統(tǒng)的了解。蒲書箴等[3]通過分析第22次南極考察獲得的水文資料，發(fā)現(xiàn)冰架北緣表層水的熱鹽結(jié)構(gòu)具有不均勻性，東西兩端的表層熱含量明顯高于埃默里冰架北緣中部，這種不均勻性與浮冰和冰間湖的空間分布有著密切的聯(lián)系。嚴(yán)金輝等[4]利用第27次南極考察期間在冰架外緣獲得的一條CTD斷面上的溫、鹽度資料發(fā)現(xiàn)，普里茲灣西部存在一個(gè)順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的中尺度渦，夏季表層水厚度東部基本上為20 m，西部深達(dá)50 m左右。樂肯堂等[5]利用1990—1991年航次獲得的高質(zhì)量CTD資料和有關(guān)化學(xué)要素資料, 研究了考察海區(qū)熱鹽結(jié)構(gòu)和水團(tuán)分布特性，指出在觀測(cè)期間普里茲灣陸架上幾乎不存在低鹽陸架水，而只有高鹽陸架水。Meijers等[6]利用2006年1—2月位于南極大陸邊緣西南印度洋扇區(qū)30°E～80°E間6個(gè)經(jīng)向斷面CTD資料指出在70°E～80°E間存在一個(gè)順時(shí)針的流渦，其南北邊界分別為南極陸坡流和南極繞極流。Williams等[7]利用位于75°E處的XCTD斷面資料發(fā)現(xiàn)在普里茲灣次表層存在一直徑約100 km、中心在65°S～64.5°S并可能東向傳播的渦旋。近年來，針對(duì)冰架水的溫鹽特征、空間分布、流向以及對(duì)形成普里茲灣底層水的作用等問題，也有了一系列的研究成果[8-10]。Laura等[1]利用2001年2月布放在埃默里冰架前緣東部的3個(gè)錨定浮標(biāo)獲得的資料發(fā)現(xiàn)了變性的繞極深層水在南極冬季可以從此處進(jìn)入埃默里冰架下的冰穴，并形成一種鹽度較低的冰架水從埃默里冰架西部流出。由于南極地區(qū)冬季海面冰封，考察船難以進(jìn)入，考察工作多是在南半球的夏季進(jìn)行，已有的研究成果也多是根據(jù)夏季考察資料得到，因而對(duì)于普里茲灣及其鄰近海域，特別是埃默里冰架前緣冬季水文結(jié)構(gòu)及水團(tuán)分布等尚不清楚。本文在依據(jù)2011年3—6月南象海豹資料分析了普里茲灣及其鄰近海域水文結(jié)構(gòu)和水團(tuán)特征[11]的基礎(chǔ)上，再利用2012年2—8月同樣由南象海豹攜帶的CTD-SRDLs獲得的溫、鹽度剖面資料，對(duì)普里茲灣，特別是沿埃默里冰架前緣及其附近海域的水團(tuán)及高密度水分布等做進(jìn)一步探索研究。

1 資料獲取

為了追蹤和研究普里茲灣包括冰架水、陸架水和底層水在內(nèi)的高密度水的輸運(yùn)途徑及其分布范圍，本文把研究海域從埃默里冰架前緣向北擴(kuò)展到了印度洋極鋒以南海域，即沿南極普里茲灣中的埃默里洼地向西北延伸跨過灣口的陸架/陸坡區(qū)進(jìn)入大洋深水區(qū)(見圖1(a))。本文所用資料來自澳大利亞海洋集成觀測(cè)系統(tǒng)(Integrated Marine Observing systems，IMOS)收集的安裝在南象海豹頭頂?shù)淖詣?dòng)溫鹽深觀測(cè)儀(Conductivity Temperature and Depth profiler-Satellite Relay Data Loggers，CTD-SRDLs)獲得的溫、鹽度剖面資料。CTD-SRDLs由英國圣安德魯斯大學(xué)海洋哺乳動(dòng)物研究中心(Sea Mammal Research Unit, SMRU)研制，其溫度和電導(dǎo)傳感器的精度分別為0.005℃和0.005 mS·cm-1[12]。利用南象海豹返回海面時(shí)的短暫瞬間，通過ARGOS衛(wèi)星把剖面觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到法國衛(wèi)星地面接收中心(Collecte Localisation Satellites, CLS)，然后SMRU會(huì)采用類似于國際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[13]，經(jīng)校正后的溫、鹽度數(shù)據(jù)估計(jì)精度分別為±0.03℃和±0.05[14]。平均每日能夠獲得2.5條CTD剖面，平均觀測(cè)深度為500 m，最大可達(dá)2 000 m[13]。

在2012年期間，IMOS共在24頭南象海豹上安裝了CTD-SRDLs，進(jìn)行南象海豹行為跟蹤和海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)。通過繪制全部觀測(cè)剖面的位溫(θ)、鹽度(S)和位密度(δθ)垂直分布圖及θ-S曲線和θ-S點(diǎn)聚圖等，經(jīng)比較和客觀分析，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)剖面或超出本文研究區(qū)域的觀測(cè)剖面，也做了剔除處理；另外，還去掉了單個(gè)南象海豹觀測(cè)數(shù)據(jù)中CTD有效觀測(cè)剖面數(shù)量不足15個(gè)的運(yùn)動(dòng)軌跡(為方便敘述，后文將每頭攜帶CTD-SRDLs的南象海豹的運(yùn)動(dòng)軌跡根據(jù)其編號(hào)以“CTD標(biāo)識(shí)”稱之)。最終，選取了21頭南象海豹的活動(dòng)軌跡(CTD標(biāo)識(shí))，如圖1(b)所示。

(○：起點(diǎn)；△：終點(diǎn)；矩形框?yàn)檠芯繀^(qū)域；虛線為灣內(nèi)、陸架/陸坡區(qū)和深海大洋區(qū)分界線。 ○: Start; △: End; Rectangle box is the study area; Dashed lines are the boundaries of the inner bay, continent shelf/slope area and the deep ocean area.)

圖1 研究海域(a)與南象海豹(CTD標(biāo)識(shí))遷徙路徑(b)
Fig.1 Research area (a) and southern elephant seals migration path (b)

由圖1(b)可見，這些CTD標(biāo)識(shí)從普里茲灣東南岸的戴維斯站布放后，大致沿3條路徑(西、中和東)由東向西、或由東南向西北、或由東向東北，然后再折向北遷移，其中沿西和中行路線的CTD標(biāo)識(shí)約占總數(shù)的76%。它們先由東向西遷移，大部份標(biāo)識(shí)穿過埃默里洼地沿著埃默里冰架前緣由東南朝西北方向移動(dòng)，再沿著埃默里洼地或穿越弗拉姆淺灘，經(jīng)過陸架坡折進(jìn)入深海大洋；小部份標(biāo)識(shí)則沿著埃默里洼地東側(cè)北行，穿越四女士淺灘和陸架坡折進(jìn)入深海大洋。圖1(b)中還呈現(xiàn)了3個(gè)CTD標(biāo)識(shí)活動(dòng)密集區(qū)，也是CTD觀測(cè)剖面最多的區(qū)域，其中一個(gè)出現(xiàn)在普里茲灣東南岸戴維斯南極站附近，顯然與CTD標(biāo)識(shí)在這里集中布放有關(guān)；另兩個(gè)則位于普里茲灣西北岸埃默里冰架和達(dá)恩利角前緣，無疑與這里冬季存在冰間湖有關(guān)。

統(tǒng)計(jì)表明，研究海域中的21個(gè)CTD標(biāo)識(shí)累計(jì)獲得了3 967個(gè)觀測(cè)剖面。其中，最大觀測(cè)深度達(dá)到了1 082 m，最淺僅為44 m；獲得的觀測(cè)剖面最多的有456個(gè)，最少也有21個(gè)。這些CTD標(biāo)識(shí)最早是在2012年2月5日布放的，最遲在4月8日；每個(gè)CTD標(biāo)識(shí)觀測(cè)結(jié)束的時(shí)間不同，最早為3月11日，最遲為8月8日。其中4月上旬～5月中旬是CTD標(biāo)識(shí)離開海灣比較集中的時(shí)期，這顯然與灣內(nèi)海冰凍結(jié)過程有關(guān)。

為了對(duì)研究海域冬季水團(tuán)分布，特別是高密度水的輸送路徑及其分布范圍有一比較全面的了解，除了繪制各個(gè)剖面的θ和S垂直分布圖外，本文還選取了幾個(gè)代表性CTD標(biāo)識(shí)繪制了沿其遷徙(活動(dòng))軌跡的θ、S和δθ斷面分布圖以及整個(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)，一并作為本文分析的主要依據(jù)。

2 水團(tuán)分析

2.1 水團(tuán)類型及其特征指標(biāo)

圖2給出了2012年2—8月期間全部CTD剖面的θ-S點(diǎn)聚?？梢钥吹?，整個(gè)研究區(qū)域θ-S點(diǎn)聚比較分散，表現(xiàn)出無顯著的水團(tuán)核心，與2011年2-6月期間的分布情形[11]相似。綜合前人對(duì)普里茲灣及其鄰近海域水團(tuán)的研究結(jié)果[15-17]，采用與2011年水團(tuán)分析相同的方法即水團(tuán)綜合分析法，可以發(fā)現(xiàn)，2012年研究海域冬季同樣存在7個(gè)水團(tuán)，其中4個(gè)為永久性水團(tuán)，3個(gè)為變性水團(tuán)，如果再將陸架水和冰架水中的2個(gè)次級(jí)水團(tuán)單獨(dú)統(tǒng)計(jì)的話，本海區(qū)冬季則由9個(gè)水團(tuán)組成：它們是普里茲灣底層水(Prydz Bay Bottom Water, PBBW)、南極繞極深層水(Circumpolar Deep Water, CDW)、普里茲灣低鹽陸架水(Low Salinity Shelf Water, LSSW)、高鹽陸架水(High Salinity Shelf Water, HSSW)、低鹽冰架水(Low Salinity Ice Shelf Water, LSISW)、高鹽冰架水(High Salinity Ice Shelf Water, HSISW)，以及南極表層水(或南極冬季表層水)(Antarctic Surface Water, AASW)、普里茲灣次表層水(Prydz Bay Subsurface Water, PBSSW)和逆溫躍層水(Inversion Thermocline Water, ITW)，這里的ITW，也即前人研究中提到的變性繞極深層水(Modified Circumpolar Deep Water, MCDW)[18]。

圖2 2012年2—8月期間研究區(qū)域θ-S點(diǎn)聚Fig.2 θ-S scatter diagram in the study area during February to August, 2012

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(圖略)、斷面分布，得到研究海域各水團(tuán)的溫、鹽度特征指標(biāo)如表1所示。

對(duì)照前人研究[10, 15-17, 19-21]可見，2012年冬季該海域水團(tuán)數(shù)量同樣比夏季有所增加，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(或南極冬季表層水)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。這是因?yàn)殡S著南極冬季來臨，太陽輻射減少、氣溫下降、風(fēng)場(chǎng)加強(qiáng)，海水結(jié)冰析鹽，導(dǎo)致溫度持續(xù)降低而鹽度增加。由于受到觀測(cè)深度的限制，即使在深海大洋區(qū)域，同樣未見南極底層水的蹤跡。但無論在灣內(nèi)和陸架區(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)的深度和區(qū)域不同，分別稱為“普里茲灣次表層水”和“逆溫躍層水”。其中，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)過渡性水團(tuán)。此外，2012年冬季的南極表層水和低鹽冰架水中的鹽度比2011年還要低0.10；而高鹽陸架水和高鹽冰架水中的鹽度則要比2011年略高0.10。

表1 2012年2—8月期間研究區(qū)域水團(tuán)的特征指標(biāo)Table 1 Characteristic indexes of water masses in the study area during February to August, 2012

Note:①Antarctic surface water(AASW)；②Prydz Bay subsurface water(PBSSW);③Prydz bay ice shelf water(PBISW);④Prydz Bay shelf water(PBSW);⑤Inversion thermoctine water(ITW);⑥Circumpolar deep water(CDW);⑦Prydz Bay bottom water(PBBW)

2.2 水團(tuán)斷面分布及其水文結(jié)構(gòu)

由水團(tuán)分析可知，普里茲灣高鹽陸架水、高鹽冰架水和普里茲灣底層水，以及繞極深層水等都具有高密度水的特征。通過選取的3個(gè)CTD標(biāo)識(shí)在某個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)沿著準(zhǔn)緯向或準(zhǔn)經(jīng)向遷移路徑獲得的溫、鹽、密度斷面分布，不難尋找到這些高密度水團(tuán)的分布范圍及其對(duì)應(yīng)的溫、鹽度結(jié)構(gòu)。

圖3是2012年3月20—24日之間一個(gè)橫跨普里茲灣的準(zhǔn)緯向斷面上δθ及其對(duì)應(yīng)的θ、S分布。可以看到，該斷面上密度分布有如下幾個(gè)特征：(1)表層密度低(小于27.40 kg·m-3)、底層密度高(大于27.80 kg·m-3)；且斷面東部(小于27.30 kg·m-3)比西部(小于27.40 kg·m-3)更低；(2)密度上混合層深度普遍較淺，通常小于50 m，西部靠近埃默里冰架前緣則要略深些，最大深度可以達(dá)到120 m；(3)在30～100 m深度間存在較強(qiáng)的密度躍層(0.014 kg·m-4)，且東部要強(qiáng)于西部；(4)100 m深度以下整個(gè)斷面上幾乎被高于27.70 kg·m-3的高密度水所盤據(jù)。

顯而易見，淺于50 m深度的低密度水為次低溫(大于-1.60℃)、低鹽(小于34.00)的普里茲灣表層水，且西部(小于-1.70℃、大于33.90)比東部(大于-1.60℃、小于33.80)溫度更低、鹽度則要略高些。水深50～100 m間存在一個(gè)微弱的逆溫層，溫度略高于-1.60℃，最高可達(dá)-1.10℃；鹽度則在34.20～34.40之間，這一水體應(yīng)歸屬于普里茲灣次表層水。水深100 m以下，溫度普遍在-1.60～-1.90℃之間，最低溫度出現(xiàn)在斷面西部，其值為-1.99℃；鹽度普遍在34.40～34.50之間，最大鹽度可達(dá)34.58，這一溫、鹽度相對(duì)均勻的水體，主要由普里茲灣陸架水和冰架水構(gòu)成。

該斷面上密度等值線的分布趨勢(shì)與等鹽線十分相似，上混合層和躍層深度，以及下混合層出現(xiàn)的位置等也都幾乎一一對(duì)應(yīng)，表明研究海域密度變化主要取決于鹽度，而不是溫度。

圖4給出了2012年3月28日-4月3日之間一個(gè)準(zhǔn)經(jīng)向斷面上δθ及其對(duì)應(yīng)的θ、S分布?？梢钥吹剑摂嗝嫔铣嗣芏茸兓瑯尤Q于鹽度外，其等密度線分布較灣內(nèi)斷面要復(fù)雜得多。(1)密度(小于27.30 kg·m-3)上混合層深度雖同樣處于50 m以淺，但僅出現(xiàn)在斷面南部(小于27.20 kg·m-3)和北部(小于27.30 kg·m-3)，從兩端往斷面中部，密度由低變高，最大密度出現(xiàn)在埃默里洼地北部，達(dá)27.80 kg·m-3。(2)在陸架坡折以南至埃默里冰架前緣東北部，呈現(xiàn)弱密度鋒，約200 km距離內(nèi)，密度差達(dá)0.60 kg·m-3。(3)深度50～200 m之間，在斷面南、北部存在較弱的密度躍層，中部偏南區(qū)域，密度相對(duì)較高(大于27.70 kg·m-3)，且上、下層變化不大。(4)200 m深度以下，密度變化較小，普遍在27.70～27.80 kg·m-3，且斷面北部比南部更高，最大達(dá)27.84 kg·m-3。

對(duì)應(yīng)于上述密度分布，50 m上層兩個(gè)低密度區(qū)域也是低鹽區(qū)(小于33.90)，且南部鹽度比北部還要低0.10，斷面南部同樣呈弱鹽度鋒，溫度則普遍低于-1.80℃，具有南極表層水(或南極冬季表層水)的特性；在100～200 m水深間，在斷面南、北兩端存在鹽躍層，而溫度表現(xiàn)為南部似有次高溫水(大于-1.00℃)侵入，存在逆溫躍層(0.021℃·m-1)，北部也呈現(xiàn)一較弱逆溫躍層(0.010℃·m-1)，顯然斷面南部區(qū)域具有普里茲灣次表層水的特性，而北部區(qū)域?yàn)槟鏈剀S層水；200 m水深以下，鹽度普遍大于34.50，最高鹽度出現(xiàn)在斷面北端，達(dá)34.78，溫度分布比較特殊，陸架坡折以南區(qū)域，溫度低于-1.80℃，最低達(dá)-2.07℃，斷面北部，溫度則要高于0.80℃，顯然南部區(qū)域主要由普里茲灣陸架水和冰架水控制，而北部區(qū)域則為繞極深層水。

圖3 研究海域代表性斷面(a)上δθ(b)、θ(c)和S(d)分布(2012-03-20～24)Fig.3 Distributions of δθ(b), θ(c) and S(d) and in a representative quasi-zonal section in the study area (2012-03-20～24)

值得指出的是，在斷面中部的陸架/陸坡區(qū)域，密度和鹽度比起南、北兩端呈垂直均勻狀態(tài)，溫度(約-1.80℃)同樣變化極小，陸架以南略低于-1.80℃，而以北則略高于-1.80℃。這里也是中上層海水密度最大的區(qū)域，呈現(xiàn)了普里茲灣陸架水(挾帶了一部份冰架水)由南部離開埃默里冰架前緣，沿著埃默里洼地中央向北，在陸架/陸坡區(qū)域與北部由下而上涌升的繞極深層水相遇，產(chǎn)生比較劇烈的混合，形成普里茲灣底層水，導(dǎo)致在陸坡外的大洋次表層出現(xiàn)較強(qiáng)的溫度鋒和躍層。

圖5同樣給出了一個(gè)準(zhǔn)經(jīng)向斷面上δθ分布。該斷面比上一個(gè)斷面(見圖4)的觀測(cè)時(shí)間要略晚些(2012年4月5日—5月3日)，但進(jìn)一步佐證了高密度水(大于27.70 kg·m-3)從灣內(nèi)向?yàn)惩庖苿?dòng)，并在陸架/陸坡區(qū)域與陸坡外側(cè)水域的高密度水相遇，在200 m上層形成較強(qiáng)密度鋒的分布特征。

3 研究結(jié)果

3.1 埃默里冰架附近次表層水的生消過程

為了驗(yàn)證普里茲灣次表層水僅是研究海域冬季的一個(gè)過渡性水團(tuán)，選取埃默里冰架前緣西北部一個(gè)半徑約15 km(如圖1(a)中“A”所示)區(qū)域內(nèi)不同月份的代表性剖面，繪制溫、鹽度垂直分布圖(見圖6)，較好地呈現(xiàn)了普里茲灣次表層水從產(chǎn)生到消亡、由強(qiáng)變?nèi)醯难葑冞^程。因該處的次表層水受冰架水影響比較顯著，故溫度要偏低些。

圖4 研究海域代表性斷面(a)上δθ(b)和θ(c)、S(d)分布(2012-03-28～04-03)Fig.4 Distributions of δθ(b), θ(c) and S (d) in a representative quasi-meridional section in the study area(a) (2012-03-28～04-03)

通過比較發(fā)現(xiàn)，從2月中旬～7月上旬，隨著南極夏季的消逝、冬季來臨，日照減弱、氣溫驟降，海表溫度急劇下降，而表層以下還依然保留了夏季表層水的高溫、低鹽特性，導(dǎo)致產(chǎn)生較強(qiáng)的逆溫躍層(0.018℃·m-1)和鹽躍層(0.015-1m)；然而，隨著氣溫不斷下降、結(jié)冰析鹽過程導(dǎo)致表面溫度繼續(xù)下降、鹽度增加，上下層水體混合加強(qiáng)，致使上混合層深度(30 m)增加，逆溫躍層強(qiáng)度(0.024℃·m-1)增強(qiáng)，鹽躍層上界深度加深、強(qiáng)度減弱；直到5月份，上混合層深度已經(jīng)達(dá)到了200 m，逆溫結(jié)構(gòu)雖依然存在，但強(qiáng)度已經(jīng)很弱，上層溫度比4月略有降低，達(dá)-2.02℃，上層鹽度則從4月的34.22增加到了34.50和200 m水深以下鹽度略有增加；6月份上層溫度并未繼續(xù)下降，反而略有上升(達(dá)-1.85℃)，且呈上下均勻一致，鹽度則依然維持在34.48，但隨著深度增加，鹽度略有降低，呈微弱的不穩(wěn)定狀態(tài)，普里茲灣次表層水已經(jīng)完全消失；到了7月份，溫度維持了6月的均一狀態(tài)，鹽度恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 研究海域代表性斷面(a)上δθ(b)分布(2012-04-05～05-03)

3.2 埃默里冰架水分布特征

采用Millero[22]的冰點(diǎn)計(jì)算方法，考慮到儀器精度和帶來的觀測(cè)誤差，將低于海面冰點(diǎn)-0.10℃、水層厚度超過10 m的水體作為存在冰架水的判別標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，共有569個(gè)觀測(cè)剖面上存在冰架水，深度、位溫和鹽度的變化范圍分別為6～898 m，-2.32～-1.96℃和33.74～34.81，其厚度和最大深度分布如圖7和8所示。可以看出，因時(shí)間和空間位置不同，兩者的分布差異均較大。其中最大厚度(797 m)出現(xiàn)在埃默里冰架前緣北部(72.36°E，68.28°S)；最大深度898 m出現(xiàn)在普里茲灣東部近岸深槽(77.55°E，68.96°S)。冰架水主要分布在埃默里冰架前緣、戴維斯站附近海域和西冰架以西區(qū)域，且在71°E～72°E范圍內(nèi)存在擴(kuò)展至65.69°S的冰架水。嚴(yán)金輝等[4]曾同樣指出埃默里冰架前緣的冰架水主要向東北方向擴(kuò)散，但卻并未言明冰架水向北具體可擴(kuò)展至何處。根據(jù)Williams等[2]數(shù)值模擬的流函數(shù)顯示，埃默里冰架下以約71°E，70°S為中心存在順時(shí)針的環(huán)流，約在70.5°E～72.3°E范圍內(nèi)存在強(qiáng)的出流，這說明冰架水可以隨流動(dòng)沿著埃默里冰架前緣向西北擴(kuò)展，經(jīng)過陸架/陸坡區(qū)，最北可擴(kuò)展至深海大洋區(qū)。冰架前緣冰架水最大深度為400～700 m，而其北部最大深度僅為50～200 m，這與Shi等[10]提出的沿著冰架底部向外流的低密度融冰水羽流，流出冰架前緣時(shí)，其上部失去了原來冰架的限制，會(huì)急劇上升的推測(cè)結(jié)論是一致的，從而進(jìn)一步證明冰架水從冰架前緣流出后會(huì)隨灣內(nèi)環(huán)流向北輸運(yùn)。

圖6 埃默里冰架前緣A區(qū)海域θ和S垂直分布Fig.6 Vertical distribution of θ and S in area A in front of the Amery Ice Shelf

圖7 冰架水厚度分布Fig.7 Distribution of the thickness of ISW

3.3 埃默里冰架及普里茲灣高密度水分布特征

采用觀測(cè)深度大于250 m且最大深度處的δθ大于27.80 kg·m-3的剖面，繪制最大深度處的δθ分布圖(見圖9)?？梢钥闯觯芯亢Ｓ虻撞烤懈呙芏人植?，且主要集中在2個(gè)區(qū)域：一個(gè)位于達(dá)恩利角北部(69.31°E，67.35°S)附近，最大密度為28.04 kg·m-3；另一個(gè)在78°E～80°E，67.5°S～68°S范圍內(nèi)，密度在27.90～27.97 kg·m-3之間，這部分高密度水可能來自普里茲灣以東的西冰架；此外，還存在一條明顯的高密度水帶(大于27.95 kg·m-3)，從普里茲灣東岸開始，基本沿著68.8°S向西，在72°E～73°E即埃默里冰架前緣折向西北部，穿過陸架/陸坡區(qū)直至深海大洋區(qū)，最遠(yuǎn)可達(dá)65°S附近，這與Yabuki等[23]得出的高鹽陸架水隨灣內(nèi)順時(shí)針環(huán)流通過73°E斷面附近流出的推測(cè)相符。

圖8 冰架水的最大深度分布Fig.8 Distribution of the maximum depth of ISW

圖9 觀測(cè)剖面最大深度處的δθ分布Fig.9 Distribution of δθ at the observed deepest depth

4 結(jié)論

(1)2012年南極夏末至冬初研究海域溫鹽點(diǎn)聚分布與2011年十分相似，且同樣由9個(gè)水團(tuán)組成，它們分別為南極表層水(或南極冬季表層水)(AASW)、普里茲灣次表層水(PBSSW)、低鹽陸架水(LSSW)、高鹽陸架水(HSSW)、低鹽冰架水(LSISW)、高鹽冰架水(HSISW)、普里茲灣底層水(PBBW)、南極繞極深層水(CDW)以及逆溫躍層水(ITW)。

(2)次低溫(大于-1.60℃)、低鹽(小于34.00)的普里茲灣表層水主要分布在淺于50 m深度，且西部比東部溫度更低、鹽度略高。普里茲灣次表層水處于水深50～200 m間的逆溫層內(nèi)。水深200 m以下，低溫、高鹽是普里茲灣陸架水和冰架水的貢獻(xiàn)。次高溫(小于0.00℃)、高鹽(大于34.65)的普里茲灣底層水出現(xiàn)在陸架區(qū)300 m以深水域；幾乎同一深度的陸坡區(qū)，則為高溫(大于0.50℃)、高鹽(大于34.65)的繞極深層水盤踞。

(3)冰架水主要分布在埃默里冰架前緣、戴維斯站附近海域和西冰架以西區(qū)域；進(jìn)一步證實(shí)冰架水在71°E～72°E之間從冰架前緣流出后會(huì)隨灣內(nèi)環(huán)流向西北輸運(yùn)，經(jīng)過陸架/陸坡區(qū)，最北可擴(kuò)展至65.69°S。

(4)由普里茲灣高鹽陸架水、高鹽冰架水、底層水和繞極深層水等構(gòu)成的高密度水在研究海域觀測(cè)剖面最大深度上有較廣闊的分布；存在一條明顯的高密度水帶(大于27.95 kg·m-3)，從普里茲灣東岸開始，基本沿著68.8°S向西，在72°E～73°E即埃默里冰架前緣折向西北部，穿過陸架/陸坡區(qū)直至深海大洋區(qū)，最遠(yuǎn)可達(dá)65°S附近。

致謝：本文利用的IMOS南象海豹CTD數(shù)據(jù)由澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)Mark Hindell教授提供，在此謹(jǐn)表謝忱。

[1] Laura H, Richard C, Ian A, et al. Circulation of modified circumpolar deep water and basal melt beneath the Amery Ice Shelf, East Antarctica: MCDW interaction with the Amery ice shelf [J]. Journal of Geophysical Research Oceans, 2015, 120(4): 3098-3112.

[2] Williams M J M, Grosfeld K, Warner R C, et al. Ocean circulation and ice-ocean interaction beneath the Amery Ice Shelf, Antarctic [J]. Journal of Geophysical Research, 2001, 106(22): 383-399.

[3] 蒲書箴， 葛人峰， 董兆乾， 等. Emery冰架北緣熱鹽結(jié)構(gòu)的不均勻性及其成因[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展， 2007(4)： 376-382.

Pu S Z, Ge R F, Dong Z Q, et al. Inhomogeneity of thermohaline structure near the north edge of Emery Ice Shelf and its formation cause[J]. Advances in Marine Science, 2007(4): 376-382.

[4] 嚴(yán)金輝， 李銳祥， 侍茂崇， 等. 2011年1月普里茲灣埃默里冰架附近水文特征[J]. 極地研究， 2012(2)： 101-109.

Yan J H, Li R X, Shi M C, et al. Oceanographic features near the Amery Ice Shelf in Prydz Bay, Antarcica, January 2011[J]. Chinese Journal of Polar Research, 2012(2)： 101-109.

[5] 樂肯堂， 史久新， 于康玲. 普里茲灣區(qū)水團(tuán)和熱鹽結(jié)構(gòu)的分析[J]. 海洋與湖沼， 1996(3)： 229-236.

Le K T, Shi J X, Yu K L. An analysis on water masses and thermohaline structures in the region of Prydz Bay, Antarctica[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1996(3): 229-236.

[6] Meijers A J S, Klocker A, Bindoff N L, et al. The circulation and water masses of the Antarctic shelf and continental slope between 30 and 80°E [J]. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2010, 57(9-10): 723-737.

[7] Williams G D, Nicol S, Aoki S, et al. Surface oceanography of BROKE-West, along the Antarctic margin of the south-west Indian Ocean (30°E～80°E)[J]. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2010, 57(9-10): 738-757.

[8] 陳紅霞， 潘增弟， 矯玉田， 等. 埃默里冰架前緣水的特性和海流結(jié)構(gòu)[J]. 極地研究， 2005(2)： 139-148.

Chen H X, Pan Z D, Jiao Y T, et al. Hydrological character and sea-current structure in the front of Amery Ice Shelf [J]. Chinese Journal of Polar Research, 2005(2): 139-148.

[9] Zheng S J, Shi J X, Jiao Y T, et al. Spatial distribution of Ice Shelf Water in front of the Amery Ice Shelf, Antarctica in summer [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2011, 29(6): 1325-1338.

[10] Shi J X, Cheng Y Y, Jiao Y T, et al. Supercooled water in austral summer in Prydz Bay, Antarctica [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2011, 29(2): 427-437.

[11] 徐智昕， 許建平， 高郭平， 等. 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[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展， 2016， 34(2)： 226-239.

Xu Z X, Xu J P, Gao G P, et al. Study on hydrographic features and water masses in the Prydz Bay and its adjacent waters in Antarctic Winter of 2011[J]. Advances in Marine Science, 2016, 34(2): 226-239.

[12] Roquet F, Williams G, Hindell M A, et al. A Southern Indian Ocean database of hydrographic profiles obtained with instrumented elephant seals [J]. Scientific Data, 2014, 1(Data Descriptor): 1-10.

[13] Roquet F, Charrassin J B, Marchand S, et al. Delayed-mode calibration of hydrographic data obtained from animal-borne satellite relay data loggers [J]. Journal of Atmospheric & Oceanic Technology, 2011, 28(6): 787-801.

[14] Ohshima K I, Fukamachi Y, Williams G D, et al. Antarctic Bottom Water production by intense sea-ice formation in the Cape Darnley Polynya [J]. Nature Geoscience, 2013, 6(3): 235-240.

[15] Smith N R, Zhaoqian D, Kerry K R, et al. Water masses and circulation in the region of Prydz Bay, Antarctica [J]. Deep Sea Research Part A, 1984, 31(9): 1121-1147.

[16] Middleton J H, Humphries S E. Thermohaline structure and mixing in the region of Prydz Bay, Antarctica [J]. Deep Sea Research Part A, 1989, 36(8): 1255-1266.

[17] Vaz R A N, Lennon G W. Physical oceanography of Prydz Bay region of Antarctic waters [J]. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 1996, 43(5): 603-641.

[18] Orsi A H, Johnson G C, Bullister J L. Circulation, mixing, and production of Antarctic Bottom Water [J]. Progress in Oceanography, 1999, 43(1): 55-109.

[19] Carmack E C. Water Characteristics of the Southern Ocean South of the Polar Front [M].A Voyage of Discovery Pergamon:[s.n]， 1977, 24: 15-41.

[20] 樂肯堂， 史久新， 于康玲， 等. 普里茲灣區(qū)水團(tuán)和環(huán)流時(shí)空變化的若干問題[J]. 海洋科學(xué)集刊， 1998， 40： 43-54.

Le K T, Shi J X, Yu K L, et al. Some thoughts on the spatiotemporal variations of water masses and circulations in the region of Prydz Bay, Antarctica[J]. Studia Marina Sinica, 1998, 40: 43-54.

[21] Gordon, Arnold L. Oceanography of Antarctic waters [J]. Antarctic Oceanology I, 2013: 169-203.

[22] Millero F J. Freezing Point of Sea Water [R]. [s.1.]: Eighth Report of the Joint Panel of Oceanographic Tables and Standards, Appendix, 1978, 6: 29-31

[23] Yabuki T, Suga T, Hanawa K, et al. Possible source of the Antarctic bottom water in the Prydz Bay region [J]. Journal of Oceanography, 2006, 62(5): 649-655.