物理海洋学

图2.7显示了波弗特海(阿拉斯加以北，见图2.2)和北极附近的温度和盐度的典型垂直剖面，是在1993年8月至9月帕戈号巡洋舰巡航期间收集的。虽然这两个概要文件显示了一些明显的差异(稍后将讨论)，但有几个共同的特性非常突出。首先注意低盐度表层的存在。在这两个例子中，表面盐度约为28 psu(波弗特海)和31 psu(极地附近)。标准海水大约是35磅。表层温度接近盐度调节冰点(溶液中的盐使冰点降至0°C以下)。表层以下区域，延伸至约200-300 m深，特征为

图2.6海冰原在巴伦支海靠近弗朗茨约瑟夫地(见图2.3)，2001年7月6日，基于可见光波段中分辨率成像光谱仪(MODIS)图像。水平分辨率约为250公里。这幅图像长约526公里，宽约376公里。该场景显示了从高冰浓度到开放海洋水域(边缘冰带)．请注意图像右侧的大型独立浮冰和冰锥冰盖在弗朗茨约瑟夫岛的岛屿上(T. Haran, NSIDC, Boulder, CO提供)。

图2.6根据可见光波段中分辨率成像光谱仪(MODIS)图像拍摄的2001年7月6日弗朗茨约瑟夫地附近巴伦支海海冰区(见图2.3)。水平分辨率约为250公里。这幅图像长约526公里，宽约376公里。该场景显示了从高冰浓度到开放海域(边缘冰区)的转变。请注意图片右侧的大型独立浮冰和冰丘，以及弗朗茨约瑟夫群岛上的冰盖(由T. Haran, NSIDC, Boulder, CO提供)。

图2.7波弗特海和极地附近的温度(T)和盐度(S)分布图。y轴是分贝(dbar)，它非常接近米的深度(由J. Morison提供，极地科学中心，华盛顿大学，西雅图，华盛顿州)。

盐度的迅速增加在300-500米深度附近，温度会上升到最大值(高于冰点)。虽然温度在较大的水深下降，但从大约400米以下(未显示)，盐度保持在34.5-35.0 psu几乎均匀。

盐度(温度)迅速升高的层称为盐跃层(thermo-cline)．在全球海洋的大部分地区，靠靠近表面的较高水温维持着稳定的上层海洋分层(上层的水密度较低)。然而，在北冰洋发现的低水温下，海水的温度会降低密度分层不是由温度决定的，而是由盐度的垂直分布决定的，盐度越低，密度越低。因此，盐跃层的密度随深度的增加而显著增加，称为跃层。由于密度随着深度的增加而增加，这意味着北冰洋上部的分层非常稳定，这抑制了垂直混合。强烈的“寒冷北极盐跃层”的重要性怎么强调都不为过——所谓“寒冷北极盐跃层”，是因为与之相关的低温。正如我们将在第七章中进一步讨论的那样，新鲜的表层以及与下面温暖的海水有限的垂直混合是北冰洋的主要特征，再加上冬季的低气温，海冰很容易形成。

保持新鲜、低密度的表层(反过来，寒冷的北极盐跃层)在很大程度上是由河流输入决定的。这条河流流入的重要性可以从以下事实得到证明:北冰洋只含有全球约1%的海水，但它接收了全球约11%的河流流量，由于陆地积雪融化，河流流量在6月达到峰值(见第6章)

鄂毕河、叶尼塞河和莱纳河，以及加拿大的麦肯齐河，提供了河流总流量的三分之二。图2.8给出了北极边界陆地排水系统和这四个主要的独立流域。北极排水区延伸至中纬度地区，在图2.8中被定义为所有流入北冰洋以及流入哈德逊湾、詹姆斯湾、哈德逊海峡、白令海峡和白令海北部的地区。河流流入的影响在夏季平均地表盐度图中立即显现(图2.9)。在初夏，主要河流排出的淡水使西伯利亚大陆架和附近的盐度值非常低麦肯齐三角洲-这些淡水最终会向外混合，影响大部分的北冰洋中部．与河流流量较小时冬季地表平均盐度场对比明显(图2.10)。

形成新鲜、低密度表层的另一个重要因素是盐度相对较低的海水从太平洋通过白令海峡流入北冰洋。这是更接近太平洋水域和河流的影响

图2.9夏季平均地表盐度(psu)(改编自1998年北极气候项目，经美国科罗拉多州博尔德NSIDC许可)。

图2.7中波弗特海例子中地表盐度较低的径流。北冰洋上空的净降水(降水减去蒸发)对新鲜表层的进一步重要贡献。表层的盐度也受到海冰的生长和融化的影响。随着海冰的形成，盐水被排斥。表层的密度随着垂直混合深度的增加而增加。相反，随着夏季冰的融化，表层变得更新鲜，垂直混合受到抑制。

理解观察到的垂直方向海洋结构也需要我们考虑大西洋水域的流入。图2.11是平均曲面和的简单示意图深海洋流在北冰洋首先简要介绍一下表层水流，为第七章更详细的研究做准备。立即

图2.10冬季平均地表盐度(psu)(改编自1997年北极气候项目，经美国科罗拉多州博尔德NSIDC许可)。

显而易见的是表面/附近表面流从白令海峡进入北冰洋还要注意上层海洋(因此上面的海冰覆盖)在北冰洋中部大部分地区的顺时针运动，即波弗特环流，以及来自西伯利亚大陆架的运动，穿过极地和弗拉姆海峡，即跨极漂移流。弗拉姆海峡以南就是东格陵兰海流，一直延伸到相当深的地方。在图2.7的剖面中看到的大约300-500米深度的温度最高层显示了来自大西洋的温暖海水的流入。大西洋的流入由两个分支提供，一个在斯匹次卑尔根以西(西斯匹次卑尔根流)，另一个通过巴伦支海(巴伦支海分支)。大西洋海水下沉到巴伦支海北部的北极表层之下。由此可见，温度最高的层被称为大西洋层。北极例子中最强的最高温度

图2.11北冰洋的主要表层流(卵形箭头)和深层流(黑色细箭头)，以及四条最大的北极河流(Ob、Yenisey、Lena和Mackenzie)的排放位置。遮阳与水深测量相对应(由G. Holloway提供，海洋科学研究所，悉尼，BC)。

图2.11北冰洋的主要表层流(卵形箭头)和深层流(黑色细箭头)，以及四条最大的北极河流(Ob、Yenisey、Lena和Mackenzie)的排放位置。遮阳与水深测量相对应(由G. Holloway提供，海洋科学研究所，悉尼，BC)。

图2.7显示大西洋源海水对该区域的影响较强。另请注意图2.11中北冰洋的深海洋流是如何与海底地形相结合的。

鉴于伟大的淡水的重要性在北冰洋，人们已努力量化其主要来源和汇。表2.1总结了从各种来源收集的平均年度估计数。该表列出了淡水的贡献，相对于34.80 psu的参考盐度，以北冰洋平均淡水毫米表示。在稳态条件下，淡水汇必须与淡水源平衡。表2.1所示的- 29毫米的相当小的净不平衡必须以强烈的警告来看待，因为个别条款的估计值范围很大。除了前几段所讨论的淡水来源外，挪威海岸流提供了一个小的来源，它是波罗的海水域的流入。主要淡水汇是由海冰通量和与东格陵兰海流(分别为300毫米和120毫米，总计420毫米)有关的通过弗拉姆海峡的盐度相对较低的水提供的。正如后面章节所述，这种通量对北大西洋北部所谓的深水生产具有潜在的影响。第二大水槽代表流出的冰和低盐度北极水域通过加拿大北极群岛的水道(总共370毫米)。由于它的高盐度，大西洋(斯匹次卑尔根-巴伦支海)流入代表一个小的淡水汇。ASOF和其他项目正在修订这些估计数字。例如，Woodgate和

表2.1北冰洋年均淡水预算(毫米)

源

流入

流出

河流径流

白令海入海

少降水蒸发

挪威海岸流

东格陵兰海流(弗拉姆海峡冰通量)

东格陵兰海流(弗拉姆海峡水流通量)

加拿大北极群岛(水域)

加拿大北极群岛(海冰)

大西洋流入

总计

净不平衡

注:括号中的值是估计的均方根误差来源:Barry和Serreze, 2000，基于各种原始来源。

Aagaard(2005)认为白令海峡的流入要大得多，见表2.1。

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