地球科学｜编委宫勋教授团队文章：现代北太平洋中层水研究进展综述

学术科学 2024-10-10 00:00 湖北

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北太平洋中层水是北太平洋最大的原生水体，是目前发现的北太平洋表层与底层水发生交换的唯一通道，因此认识北太平洋中层水生成和传输过程是理解北太平洋垂向水交换及其环流结构的必要一环. 同时，北太平洋中层水的水体特征和环流结构在“海-气-冰”耦合系统内显著影响全球碳循环系统和海洋生态系统，进而可能改变全球气候变暖进程. 围绕北太平洋中层水的物理海洋学研究主要从20世纪70年代开始，已有研究多依赖走航断面和站点数据，少部分结合数值模拟方法. 本文对已有的北太平洋中层水研究工作进行了综述，进而提出继续深化对北太平洋中层水的研究包括如下几个方面：北太平洋中层环流系统趋势和“季节性-年际-年代际”振荡的特征识别；北太平洋中层环流系统对大气环流和上层海洋过程的响应机制研究；北太平洋中层环流系统稳定性及对气候变暖的反馈机制研究.

本文对上世纪70年代以来的关于现代NPIW的物理海洋学研究进行了汇总和比对，进而研究发现由于数据资料在空间上的片段化和在时间上的不连续，主要是针对NPIW水团的结构和相对应环流体系的气候平均状态进行了描述和分析. 基于现有对NPIW过程的认识，本研究认为未来对NPIW的研究包括：

（1）北太平洋中层环流系统趋势和“季节性-年际-年代际”振荡的特征识别. 当前的研究成果对NPIW在气候态平均的源区和海盆尺度的空间结构形态有较为统一的描述，但不同年份在不同断面对中层环流特征的描述存在显著的差异，甚至相反. NPIW的生成强度、水团特征和环流结构以及长期趋势和“季节-年际-年代际”振荡是否已经因为气候变暖发生显著变化尚不明确，限制了对太平洋整个环流系统结构和强度演化的认识.

（2）北太平洋中层环流系统稳定性及对气候变暖的反馈的机制研究. 在北太平洋的垂向通风过程中，上层高CO2分压的海水进入下层海洋，通过海洋碳循环过程，有望减缓全球变暖产生的负面影响（Parekh et al., 2006）. 同时北太平洋深层水富含溶解无机碳，NPIW置于这一深海碳库之上，对深海碳库起到“加盖”封存的作用（Gong et al., 2019；Rae et al., 2014），因此NPIW对深海碳库的稳定性至关重要. 目前，由于缺乏对全球变暖背景下NPIW的密度层化和中层环流系统稳定性的研究，NPIW对深海碳库的“加盖”是否已经发生显著变化尚不清楚，导致无法对太平洋深海碳库的稳定性做出准确评估，增加了对未来全球气候变暖进程预测的不确定性.

（3）北太平洋中层环流系统对大气环流和上层海洋过程的响应的机制研究. 通过海洋再分析数据与数值模拟结合，发现海洋中的低氧区范围与中层环流系统是紧密相关的（Davis et al., 2023）. 在全球变暖的背景下，自2000年以后海洋中的低氧区范围出现明显扩大，尤其是在北太平洋地区（Zhou et al., 2022）. 当北太平洋低氧区的范围和强度增长时，对海盆尺度海洋生态系统的生物量和生物种类造成威胁（Busecke et al., 2022），这一过程与可能的NPIW减弱相关，但由于缺乏北太平洋中层环流系统对大气环流和上层海洋过程的响应的相关物理海洋学研究，尚需进一步解译.

图1 NPIW的核心密度（虚线）和核心盐度（实线）的范围（基于ARGO气候态数据）

图2已有研究对NPIW的密度和盐度的定义范围

图3 北太平洋中层环流系统及NPIW生成区域示意图

文章刊登在《地球科学》第49卷第8期

刘辉, 宫勋, 2024. 现代北太平洋中层水研究进展综述. 地球科学, 49(8): 2914-2924. doi: 10.3799/dqkx.2024.036

Liu Hui, Gong Xun, 2024. Revisiting North Pacific Intermediate Water in the Modern Ocean. Earth Science, 49(8): 2914-2924. doi: 10.3799/dqkx.2024.036

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