普里兹湾融化冰盖对南极底层水形成的抑制作用探究外文翻译资料

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普里兹湾融化冰盖对南极底层水形成的抑制作用探究

The exploration about the suppression of Antarctic bottom water formation by melting ice shelves in Prydz Bay

1. 前言

达恩里角冰间湖高密陆架水是全球范围内南极底层水的四个生产区之一，该地区东南毗连南极洲普利兹湾，对普里兹湾外围南极底层水的生成有着至关重要的影响。文中William等展示了来自象海豹携带的CTD2011 - 2013年间的观测数据，并首次对普利兹湾高密陆架水形成进行了全面评估。在这个复杂的演变过程中，包含了三个不同且相对独立来源的贡献，一个冰间湖(正)和两个冰架(负)，高密陆架水(盐度34.65 - 34.7)、通过普利兹湾通道输出。这为研究达恩角独特的、相对低盐的底层水提供了一个方向，在文章中有具体的细节讨论。在其他地方，从普利兹湾和西方的冰架进入普利兹湾环流的淡盐水的一定程度上阻碍了高密度水的形成。这项研究强调了南极底层水对淡水的敏感性，增加冰架的进一步融化，最终导致南极海底层水的在其后变暖的情况下发生衰竭。

关键词：高密陆架水，南极底层水，冰间湖

2正文.

南极底层水（Antarctic bottom water, AABW）的形成对全球气候以及生物化学循环有这重要的作用，南极底层是由高密陆架水（Dense shelf water, DSW）向下输送时与大陆坡上的水团混合而成的。DSW的形成是海冰的加强以及沿岸冰间湖的盐析作用的结果。这些冰间湖被发现仅在围绕南极大陆架上的少部分地区不连续的分布，例如在Weddell 海^[5], Ross 海^[6], Adeacute;lie和George V Land coast^[7]–[9]这些地区。这些地区能够输出的DSW能够形成足够的密度使其下降形成南极底层水。最近，在发现位于达恩利角^[10]北方大陆架上东向扇形的Weddell–Enderby流域的南极底层水通道之后，第四个南极底层水来源已经确认为是从普里兹湾(69°-81°E)向下流动形成（图1）。这些达恩利角底层水（Cape Darnley bottom water, CDBW）与深层水交换，并形成了大约13–30% 的南极底层水。

图1:深度测量法从ETOPO1(http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html)以250米等等深线为间隔。主要的地理特征包括:普里兹湾,普利兹通道，四女士浅滩，埃莫里冰架。沿岸的冰间湖也现实了使用卫星得到的来自于ERA-Interm数据的达恩利角、麦肯基湾、戴维斯湾的海冰生成量估计(深绿色轮廓图5ma^-1)(1992 - 2014)^[14][15]。平均快速生成冰的轮廓被显示为浅蓝的轮廓。仪表测量点位置M3,M4(参考.10)，PBM7显示为红色方块。上方插图为:南印度洋的大规模水深测量(45° - 72°S)与从戴维斯站部署(红色和洋红色点分别为2011和2012年)到南极边缘(30° - 100°E)象海豹CTD数据的位置，还有一个勒斯·克尔格伦部署的站点(从2013年开始的绿点)。黑框指示的是研究区域的地点名称。

通过卫星估测的结果显示：达恩利角冰间湖（Cape Darnley polynya, CDP）海冰的增加（约180km³）与南方象海豹携带的仪表收集的高盐度DSW（sgt;34.5）数据有着紧密联系,由此推翻了数十年来推测的关于DSW是来源于普里兹湾的结果。这可以推出的结论是DSW是达恩利角冰间湖的底层水（Cape Darnley bottom water, CDBW）形成的。以上是较低盐度的DSW的来源的证据，尽管2011年六月获得的普里兹湾海豹CTD数据显示普里兹湾上游底层水盐度Slt;34.6，小于DSW的（34.8-34.9）。然而。有一个显著的关于普里兹湾对于DSW的次要贡献的推测与普里兹湾不同区域三个中等大小冰间湖共同含有比达恩利角多30%海冰的现实之间的矛盾（图2）。这同时引申出的疑问是普里兹湾冰间湖是否真的在调节与产生CDBW上有作用。

图2:卫星显示的海冰的区域分布指的是1992 – 2014之间15年度海冰生成量(SIP,m)。特性如图2.b所示。以1992 - 2014年^[15]为基础的冰间湖区域在a中显示. 图c显示的是分为沿海(深绿色)和近海(浅绿色)d Barrier湾。根据定义，b图包含了卫星照片显示的在每个地区的年平均出现的冰间湖SIP(km³) .图例中的颜色为：由Barrier湾-道达尔、戴维斯和麦肯基湾组成的普里兹湾(黑色)总SIP。

这里作者关注的是普里兹湾冰间湖和冰架在形成的DSW中所起到的作用，以阐明普里兹湾的对CDBW的贡献。作者使用了2012-2013年2年的CTD仪器观察的温度，扩大了在普里兹湾的DSW研究的空间和季节覆盖范围。现在可以做长周期做普里兹湾环流外围的水柱的集中断面图，这种独特的观察手段在Barrier湾, Davis和麦肯基湾中的关键冰间湖进行。作者呈现一个从普里兹海湾的DSW形成到出口的演变，该水团穿过普里兹通道，并流出在达恩利角的区域。因为记录了冰架对冰间湖驱动AABW的成果，越来越多的证据表明，南极东面和西面的冰都在逐渐变薄^[17-20]，所以这项研究是及时的。

3结果：

PBG和冰架水质量分布。普里兹湾的海洋环流在一个很深的渠道，由一个巨大的气旋式环流所组成。PBG与一个沿着埃莫里冰架的断面相对狭窄的海岸流有关，继续向前离开普里兹湾后转向西。作者用CTD测量得出的位势高度的异常情况，(2011年4月至5月12日图2) 该地区丰富数据显示表示到目前为止的PBG(图3a)。重力势高度异常是计算在参考50 m到300 m(选择最大化可用的配置文件数量)。作者的推断的循环关于PBG有很好的吻合，但建议使用比以前使用的更综合一些的方法来描述沿着冰架前面的循环。最近的观察和建模研究启示作者在埃莫里冰架腔发现了一个类似气旋式的环流(也就是说，水从冰架东部流入，从冰架西部流出），该环流占普里兹湾的陆架水主要部分，在空间分布上很容易看到强烈特性的海洋循环，即变性的绕极深水(modified circumpolar deep water, mCDW)，冰架水(ice shelf water, ISW)和DSW。

图3:循环和水团。 a.重力势异常(m² s^-2)，从4月起，象海豹CTD剖面到300米，相对于2011年5月和2012年到300米的深度。数据显示为彩色阴影圆圈和客观的映射轮廓(误差在0.025m²s^-2)。使用卫星得到的海冰生成量估计，将沿海的冰间湖标记并以(深绿色轮廓图5 ma 1)显示。地质带-过渡期数据(1992-2014)^[14][15]:达恩利角(CD)、麦肯基 湾(MB)、Davis(D)和Barrier 湾(B)用浅蓝色的轮廓。 b.变性的绕极深水(mCDW)。与mCDW（圆形，28.00lt;gamma;nlt;28.27kgm^-3,-1.7lt;theta;maxlt;0℃）入侵相关的最大潜温(theta;in℃)从4月至5月间，进入普里兹湾(圆形)。没有mCDW信号的显示为灰色点。 C.冰架水的分布(ISW)。最低潜温(theta;min℃，颜色为阴影)与强烈的ISW信号相关(theta;minlt;-1.9 )。没有ISW信号的显示为灰色点。在b，c中，分别显示了mCDW和ISW的垂直盐度剖面。

在普里兹海湾东部地区mCDW(theta;gt;-1.85℃,28.00lt;gamma;ⁿlt;28.27）是4到5月份的主要水团，该水团侵入中间的深度，向东南方也就是越过四女士浅滩向戴维斯站和埃莫里冰架前方的东部移动(图3b)。在陆坡上，mCDW最高温度接近0度，盐度Sgt;34.65。相比之下，只有经过剧烈变性的mCDW才会出现在大陆架上。mCDW核心的深度是在250到450dbar之间，纬度在约67° S到68.5°S。在冰架断面前方下降到500-600 dbar。虽然在Barrier湾有明显的缺乏mCDW现象，但在普里兹湾的东北角，有一个小信号显示在普里兹湾的西半部分有再循环的mCDW。

图4:环绕普里兹湾的密集冰架水a.在空间上与密集的陆架水DSW盐度相对应的是潜底水的盐度（DSW，gamma;ⁿgt;28.27kgm^-3,theta;lt;-1.8,Sgt;34.4）从2011年4月到2012年的所有象海豹的数据来看，青色和深绿色的等高线显示了快速结冰和冰间湖区域，如图1所示。显示了仪器测量点的位置M3、M4(ref . 10)(黑色方块)和PBM7(黑圈)。倒三角形显示的是9月后，在达恩利角(深度gt;800 m,theta;lt;0.8)的大陆坡上，底部变性陆架水(mSW)的数值和位置，在69°E 的东西两侧被分为低盐水（Slt;34.6）(蓝)和高盐水（Sgt;34.6）(蓝绿)。带有虚线的彩框显示冰间湖区域(浅绿、黄、蓝、红)，用于后续的b .区域，黑色虚线框用于c区域出口的垂直数据部分。 b.在关键的冰间湖地区，在300米范围内的盐度的时间序列(在Barrier-深绿)，(大卫-黄)，(麦肯基-蓝(2012)和淡蓝色(2013))和(达恩利-红色角)展示了DSW形成的区域差异。时间序列显示为在300 m层平均8天，网格的分辨率在半天的数据。额外的时间序列提出了测量目标在西方角落的冰架下方海洋(PBM7-light绿色虚线)测定,正面的Adeacute;lie山脊与Adeacute;lie区域^[8](浅蓝色虚线)。额外的下潜DSW数据在达恩利角区域显示为(红点)和普里兹通道(黑色方块)的西侧。 c.垂直部分的盐度在陆架上增强了10月从68到76°E流出普里兹湾的DSW，这个DSW最初是在西侧普里兹隧道的底部末端，最终与达恩利角西部70.5°E的部分DSW一同流出。

在普里兹湾西南地区和西部地区侧面，ISW是从四月到五月中间深度的主导水团(图3c)。通常,ISW温度在地表冰点以下，形成大陆架水域来自海洋/冰架的冰川融水与周围环境的相互作用的一种混合物。

图5:普里兹湾ISW的月平均分布。带有强烈的ISW信号的点用拉蓝色表示，红点代表的是一个弱的ISW信号。（ISW层的厚度超过1000m，温度theta;lt;-1.95℃）灰点代表海豹CTD，不显示ISW信号。红框是AMISOR的PMB7测量点。绿色轮廓是麦肯基湾的冰间湖。蓝线是埃莫里冰架轮廓线。 b .如上所述，但重点是位于埃莫里冰架前沿西角的麦肯基湾冰间湖地区。蓝色框是图3b中的麦肯基海湾的DSW盐度时间变化的区域轮廓。

在这里，作者定义了ISW温度theta;lt;1.95℃，也就是在表层凝固点以下（-1.92℃），说明温度数据的准确性。以前的夏季观测用的是温度更高的ISW定义(-1.90℃ )，在西部地区与普里兹湾的侧面有更多的ISW存在。作者发现从四月到十月，在麦肯基湾的ISW信号及来自于海豹CTD减少了。这可能是由于冰间湖驱动的对流侵蚀了ISW的温度信号和海豹CTD位置都集中在西北地区两者的结合所导致的，看起来似乎ISW从主要的核心移到了东部(图5)。

在埃默里冰架下，由mCDW和DSW的影响形成了两个不同的ISW类型，但只有由DSW影响形成的ISW被观察到通过冰架西部断裂面的侧面流出。由海豹携带探测器抽样数据显示麦肯基湾冰间湖位于埃莫里冰架西部，冰架前端探测到的受DSW影响的ISW深度在50到500m之间(图3c)。这个冷信号可以在位于普里兹湾东部更深处的普利兹湾再循环里面找到。沿着西侧，通过普里兹海峡，再次通过了PBG的广泛循环模式。ISW比它的源水更低盐，该源水通过冷的冰川融水的输入和它在离开埃莫里冰架前的道路混合作用对冰间湖驱动DSW形成重要影响。

普里兹湾DSW的形成和通过普里兹湾通道输出。作者检测到了DSW的存在(平均密度gamma;ⁿgt;28.27，实际盐度Sgt;34.5)在普里兹湾附近冰间湖中沿着PBG循环，从东北的Barrier湾冰间湖，其后是戴维斯、麦肯基湾和达恩利角冰间湖(图4a)。这些DSW下降形成的底层水的分布显示了DSW从Barrier湾/戴维斯冰间湖（Slt;34.55 ）到麦肯基湾冰间湖(Slt;34.7) 流动的过程中盐度增加。后者也被观察到沿普里兹湾西侧，穿过普里兹海峡。正如之前报道的，作者发现了在达恩利角地区盐度最高的DSW(Sgt;34.8)。

秋冬季节海豹在生成DSW的关键冰间湖地区连续潜水，可以得到观测点的压力断面图，该图提供分层的高时间分辨率观察和水质量特性。季节性的300米深的平均盐度如图4b所示。Barrier湾清晰的显示出从Slt;34.4上升至九月34.55的峰值(图4b，深绿色线)。Davis冰间湖区域范围更广的空间抽样中显示了Barrier湾五月出现更多的高盐水(图4b，黄线)(DSW lt;300m)。然而，也有类似于DSW离开Barrier湾那样更有侵略性的入侵。而在Barrier湾内最深处有最高盐度的DSW被四夫人浅滩封锁，这两部分DSW很可能会混在一起，最终流向埃莫里冰架腔。lt;

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