7月6日， Progress in Oceanography（《海洋学进展》）在线发表了91看自拍李非栗教授及合作者题为“Observation-based estimates of heat and freshwater exchanges from the subtropical North Atlantic to the Arctic”[1] 的最新研究成果。该研究基于最新现场观测数据，并结合历史观测资料，构建泛北冰洋区域的热盐收支，揭示了大西洋副极地海域极向热盐输送的时空特征，定量评估了其对泛北冰洋区域热量及淡水量交换的影响，并进一步探讨了该交换与大西洋经向翻转环流（AMOC）之间的耦合关系。
北大西洋副极地是北冰洋与大西洋进行物质交换的关键性区域。相应的热量与淡水量交换显著影响该海域温度、盐度的分布和变化。此外，该区域是北大西洋深层水形成的关键海域，而温度和盐度（密度）的变化可直接影响深层水的形成过程，从而进一步影响大西洋的深层环流系统。近年来，现场观测显示北冰洋海水的“大西洋化”（Atlantification）日益加剧，因此研究北冰洋-大西洋物质交换的属性特征、变化规律及机理，对于认识和预测极地变化，及其对大洋深层环流的反馈作用具有重要意义。
北冰洋至北大西洋区域海表温度，显示北大西洋副极地海域是北大西洋高温水团与北冰洋-亚北极的低温水团发生交互作用的关键区域
北大西洋副极地海域极向热量输送，其中绝大部分（～70%）与海洋经向翻转环流有关
该研究基于跨大西洋全水深温度及海流速度的连续观测，得出副极地区域2014-2018年的海洋平均极向热输送量为0.50±0.05 PW （1 PW=1015 W），主导了海洋对北冰洋海域的热量供给（通过白令海峡的热量输送可以忽略不计）。进一步分析发现，副极地海域的极向热量输送绝大部分（～80%）发生在格陵兰以东的东副极地海域（eastern subpolar gyre），与观测得到的AMOC发生的具体位置吻合 [2]，表明热量交换与AMOC之间的强相关性。为了证实这种关系，研究进一步将总热量输送进行分解，发现与AMOC相关的热量输送能够解释总热量输送70%以上的量级和变率。
该研究还通过盐度和流速观测数据，得出2014-2018年副极地海域的平均极向盐度输送为12.5±1.0 Sv（1 Sv=106 m3 s-1）。造成这种极向盐度输送的主要原因，是极向流动的表层水（高盐度）与南向流动的深层水（较低盐度）之间的盐度差异。这一差异对应于高纬度区域0.36 Sv的淡水增量（稀释作用）。研究还发现格陵兰以西和以东的区域淡水交换量相同，因此与AMOC和热量交换主要发生在格陵兰以东的情况具有明显差异。这种差异性表明，淡水交换对AMOC的影响相比热量交换来说较为有限。进一步将淡水交换进行分解，发现翻转环流相关的部分只能解释约一半的淡水交换及其变率。
除此之外，该研究还综合考虑海洋热盐输送与海洋内部的温度、盐度变化，估算出北大西洋区域海-气热通量与淡水通量，并与大气再分析数据产品进行比较，指出后者存在的显著偏差。其中热通量偏差可达~5-10 W m-2，淡水通量偏差可达~0.33 cm yr-1。基于此，该研究提供了通过海洋观测对海-气物质交换进行约束的计算框架与方法。应用更长时间序列的海洋观测，相关结果将提供更稳健的海-气交换估计。
该论文合作者来自91看自拍、美国佐治亚理工学院、英国南安普顿国家海洋中心、美国迈阿密大学、美国伍兹霍尔海洋中心、苏格兰海洋科学协会及荷兰皇家海洋研究所。该研究得到美国国家科学基金、英国自然环境研究委员会、欧盟Horizon 2020及91看自拍科研启动基金等项目的资助。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079661121001257
参考文献：
[1] Li, F.*, M.S. Lozier, N.P. Holliday, W.E. Johns, I.A. Le Bras, B.I. Moat, S.A. Cunningham, F.M. de Jong, Observation-based estimates of heat and freshwater exchanges from the subtropical North Atlantic to the Arctic, Progress in Oceanography, 197(102640), doi:10.1016/j.pocean.2021.102640 (2021).
[2] Lozier, M.S.*, F. Li*, S. Bacon, F. Bahr, A.S. Bower, S.A. Cunningham, M.F. de Jong, L. de Steur, B. deYoung, J. Fischer, S.F. Gary, B.J.W. Greenan, N.P. Holliday, A. Houk, L. Houpert, M.E. Inall, W.E. Johns, H.L. Johnson, C. Johnson, J. Karstensen, G. Koman, I.A. Le Bras, X. Lin, N. Mackay, D.P. Marshall, H. Mercier, M. Oltmanns, R.S. Pickart, A.L. Ramsey, D. Rayner, F. Straneo, V. Thierry, D.J. Torres, R.G. Williams, C. Wilson, J. Yang, I. Yashayaev, J. Zhao, A sea change in our view of overturning in the subpolar North Atlantic, Science, 363(6426), 516-521, doi: 10.1126/science.aau6592 (2019).
