普里兹湾绕极深层水入侵长期变化对冰架、海冰的影响

Basal melt of Amery Ice shelf (AIS) and sea ice brine rejection in costal polynyas play a key role in the formation of dense shelf water in Prydz Bay and are crucial to the modification of Antarctic Bottom Water (AABW). Basal melt rate and sea ice formation/melt are associated with intruded warm Circumpolar Deep Water (CDW) into the shelf region. Relationship between acceleration of CDW intrusion and westerly wind changes over southern ocean has been clarified, which contributes significant subsurface warming and strengthening ice shelf basal melt. However, impact of changing wind on CDW incursion is poorly understood in East Antarctic, and responses of ice shelf and sea ice to long-term changes of heat transported by CDW inflow still remain uncertain. In this study, long-term observational data collected in Prydz Bay are used to explore controlling mechanism of wind changes for CDW intrusion and quantify contribution of decadal changes of heat supplied by intruded CDW to AIS basal melt and ice freezing/melt in winter. This study will help to understand interactions in the ocean-ice-atmosphere system in Antarctic and evaluate precisely the impacts of climate changes on AABW formation and modification.

普里兹湾埃默里冰架底部融化和沿岸冰间湖结冰析盐决定着高盐陆架水的密度，对南极底层水的形成和性质改变起着重要作用。冰架底部融化速度和海表面的结冰融冰过程与入侵到陆架的绕极深层水携带的热量密切相关。目前，西南极绕极深层水加速入侵与南大洋风场变化之间的关系及其对次表层海水增暖和冰架加速消退的控制机制已经明确，但东南极次表层海水增暖不明显，绕极深层水入侵与风场之间的关系还未有定论。本项目将基于普里兹湾长期观测资料，揭示东南极绕极深层水入侵长期变化和南大洋风场之间的关系，明确入侵热量的长期变化对冰架底部融化和结冰融冰过程的影响。这将有助于深入了解南极海-冰-气相互作用过程，准确评估南大洋长期气候变化对南极底层水形成过程的影响。

南大洋绕极深层水和高密度陆架水的混合是南极底层水形成过程中的一个重要环节，在南大洋经向翻转环流和中高纬度能量交换过程中起着重要作用。东南极陆架普里兹湾海域存在着绕极深层水入侵，为陆架海域提供了大量的热量，对陆架区结冰融冰过程、冰架融化和高密陆架水形成过程有着重要影响。本项目基于我国在普里兹湾的现场观测数据和历史观测资料，我们发现在普里兹湾陆架海区，变性的绕极深层水向陆架的入侵主要发生在3-7月，增暖信号与陆架坡折以北海域的纬向风速密切相关，并且存在着60天的滞后，说明陆架区绕极深层水3-7月的入侵是由陆架坡折以北1-5月的纬向风控制。入侵到陆架的变性绕极深层水在浮力驱动下上涌到50 m左右的次表层，在冬季降温时，上涌到次表层的热量通过强对流过程输送到表面，使得普里兹湾沿岸戴维斯冰间湖内的产冰量减少了45%。同时，埃默里冰架前缘2001-2015年间断面观测资料表明，冰架前缘次表层海水存在着显著的降温和淡化趋势。这主要是由于陆架坡折以北海域1-5月份负的风应力旋度显著增强，加速了陆坡区变性绕极深层水的上涌速率，提高了变性绕极深层水向冰架下输送的热量，从而加速冰架底部融化，提高陆架区次表层海水低温低盐冰架融水的比例，从而导致了次表层海水的降温和淡化。南大洋西风带增强和向南极的移动会持续贯穿21世纪，将加速绕极深层水入侵和向陆架海域热量的输送，会进一步遏制该海域沿岸冰间湖的结冰过程,提升冰架底部融化速度，对南极底层水形成过程和全球热盐环流有着深远影响。