【华体会最新】海洋学院博士毕业生谢川在GRL发表未来气候情景下南极罗斯海高密度陆架水变化预估的研究成果

 近日，上海交通大学海洋学院2024届博士毕业生谢川以第一作者身份在国际权威期刊Geophysical Research Letters上发表了题为“Substantial Contraction of Dense Shelf Water in the Ross Sea under Future Climate Scenarios”的研究论文，海洋学院张召儒教授为通讯作者，博士后陈元杰、助理研究员王楚宁为合作者，上海交通大学海洋学院和极地生态与气候变化教育部重点实验室为第一完成单位。

南极底层水（AABW）在全球气候系统中具有重要作用，它的生成与输送是全球大洋经向翻转环流运转的驱动力之一，同时影响海洋的储热能力及南极陆架海区吸收的碳向大洋底层的迁移埋藏。南极罗斯海是AABW的主要生成地，可占全球AABW产量的20%–40%，其中AABW主要发源于沿岸冰间湖区域产冰-析盐-深对流过程形成的高密度陆架水（DSW）。在气候变化背景下，把握罗斯海DSW的变化趋势和调控机制，对于准确预测全球大洋AABW产量和经向翻转环流的变化至关重要。然而，现有气候模式中的海洋模块在南极陆架海区分辨率较粗，难以准确表征近岸冰间湖中DSW的生成过程及其跨陆坡的输送过程。此外，这些模式大多不包含冰架或冰盖模块，缺乏融水这一影响DSW特征的要素，因此难以通过现有气候模式的未来气候情景实验结果准确预估DSW和AABW的变化趋势。

本研究基于团队发展的罗斯海-阿蒙森海高分辨率海洋-海冰-冰架耦合模式（The Ross Sea and Amundsen Sea Ice–Sea Model，RAISE）（图1），同时利用CMIP6中21个模式SSP585气候情景实验的大气场集合平均结果作为强迫场，进行了未来气候情景的大气扰动实验，基于实验结果研究了截至本世纪中期（2051-2060）和末期（2091-2100）罗斯海陆架区DSW及陆坡外AABW体积的变化趋势和调控机制。

图1. （a）罗斯海和阿蒙森海高分辨率海洋-海冰-冰架耦合模式RAISE的地形和网格。（b）不同实验中，罗斯海陆架DSW体积及经由三个主要输送通道的流出通量。（c）2005-2014时期，模式模拟的DSW和AABW厚度分布，（d）2051-2060和（e）2091-2100时期，模式模拟的DSW和AABW厚度相较于2005-2014时期的变化。

实验结果表明，未来气候情景下罗斯海的DSW体积出现大幅减少（图1），在2051-2060和2091-2100两个时期， DSW体积相对于当前将分别减少约26%和52%。DSW产量的减少主要由罗斯海上层盐度的降低，从而深对流过程减弱所导致。研究通过对DSW主要生成和分布的西罗斯海区域进行盐收支分析，探究了导致DSW产量减少的机制。结果表明，气候变暖背景下，罗斯海冰间湖产冰量的减少导致海洋表层析盐活动减弱，表层至深层的盐分垂向扩散减弱。同时，未来气温的升高和西风的增强导致暖的绕极深层水向罗斯海东侧——阿蒙森海陆架的入侵加强，驱动阿蒙森海陆架的变暖及冰架显著融化（图2），产生的大量冰架融水沿陆坡流向西输运至罗斯海，并跨陆架进入西罗斯海DSW的主要生成区（图3）；该过程对应西罗斯海上层盐收支中平流项的减小，进而上层海洋变淡。在冰间湖产冰活动和阿蒙森海冰架融水输送量的共同作用下，西罗斯海上层变淡的趋势将抑制深对流活动，最终导致罗斯海DSW的生成量减少（机制示意图见图4）。

图2. （a）不同实验中罗斯海和阿蒙森海主要冰架的底部融化速率,（b）不同实验中阿蒙森海陆架平均温度的垂向剖面，（c）不同实验中阿蒙森海陆架坡折处潜流的平均流速（正值表示向东），（d）2005-2014时期，模式模拟的阿蒙森海平均温度和流速分布，（e）2051-2060和（f）2091-2100时期，模式模拟的阿蒙森海平均温度变化及流速分布。

图3.（a）2005-2014、（b）2051-2060和（c）2091-2100时期，模式模拟的阿蒙森海冰架融水示踪剂在罗斯海的分布。

图4. 未来气候情景下罗斯海DSW和AABW产量减少的机制示意图。

本研究有效改进了现有气候模式在南极陆架海区由于分辨率过粗及缺少冰架模块对DSW产量变化预估的不准确性，为认知罗斯海DSW的变化趋势及其对AABW和经向翻转环流变异的贡献提供了更加可靠的依据。

    本研究由国家自然科学基金面上项目（42476271）、极地专项（IRASCC 1-02-01B）和上海交通大学深蓝计划项目（SL2020MS021）等共同资助完成。

论文链接：

https://doi.org/10.1029/2024GL112581