潮汐和地形波如何影响环南极底层水的形成，南极海洋环流的新研究

南极底层水 (AABW) 的形成在全球温盐环流中起着关键作用，而温盐环流控制着全球海洋中热量、营养物质和碳的分布。AABW 是一种在南极大陆周围形成的致密冷水团，其动态受各种物理过程的影响，包括潮汐力和与地形特征的相互作用。最近的一项研究揭示了潮汐和地形罗斯贝波 (TRW) 在介导 AABW 形成中的关键作用。

南极底层水形成

AABW 是一种致密的水团，起源于南极大陆架。它的形成主要是由于水与寒冷的南极大陆接触后冷却并变稠，然后下沉填满深海盆地。这种水团对全球海洋环流系统至关重要，有助于全球海洋的热量、盐分和营养物质的垂直和水平交换。

南极底层水形成于密集的陆架水 (DSW) 从大陆架向下流入更深的海洋时。当地表水因与冰架相互作用或直接向大气散热而冷却，密度增加并下沉时，就会形成 DSW。这个过程还受到多种因素的影响，例如大陆坡的地形、洋流强度以及大气、冰和海洋之间的相互作用。

传统上，人们认为深海下坡运动主要受浮力驱动过程和稳定洋流控制。然而，最近的研究强调了潮汐力和地形罗斯贝波在加速深海下坡、导致 AABW 形成方面发挥的重要作用。这些发现代表了对底层水形成动态理解的转变，特别是在不同的大陆架几何形状和不同海洋学过程之间复杂的相互作用的背景下。

潮汐及其在 AABW 形成中的作用

潮汐力是由月球和太阳的引力产生的，是海洋环流的基本组成部分。虽然潮汐因其对沿海地区和浅海的影响而闻名，但最近的研究表明，潮汐对深海也有着深远的影响，特别是在深水形成的地区。

潮汐会产生振荡流，这些振荡流会穿过水柱传播，从而引起混合并增强水团的向下输送。这种潮汐强迫会作用于陆架断裂带，而大陆边缘的坡度在水运动的动态中起着重要作用。潮汐强迫的强度受坡度角度的影响，坡度越陡，潮汐对水团输送的影响就越大。在坡度较缓的地方，潮汐强迫在产生所需的垂直运动方面效果较差，从而使 AABW 的形成不那么明显。

研究表明，潮汐与南极大陆架陡峭地形的相互作用可以加速深海海水的下沉。这在大陆架坡度倾斜的地区尤其重要，例如罗斯海和威德尔海。在这些地区，潮汐引起的混合和垂直平流驱动深海海水的快速下沉，这对于南极大陆架水的产生至关重要。这一过程在潮汐和地形波相互作用的地区尤其明显，进一步提高了水体的输送效率。

地形罗斯贝波及其对 AABW 形成的影响

地形罗斯贝波 (TRW) 是影响 AABW 形成的物理动力学的另一个关键组成部分。这些波是由洋流与海底地形相互作用产生的，特别是在存在强烈大陆坡或其他重要水下特征的地区。TRW 可以沿着陆架断裂带传播，在那里它们调节密集陆架水的流动并增强水团的垂直运动。

TRW 和 DSW 之间的相互作用是加速 AABW 形成的关键机制。在地形特征明显的地区，TRW 可以对 DSW 的下降产生强烈影响，有助于更有效地将水输送到深海区域。潮汐强迫和 TRW 的结合产生了协同效应，两个过程共同作用，增强了 AABW 的形成。山脊、海山和陆架断层等地形特征的存在可以放大这些波浪的影响，进一步影响底部水团的密度和分布。

TRW 的一个重要方面是它们能够改变洋流的垂直和水平流动模式，特别是在大陆坡陡峭的地区。这些波浪可以引起上升和下降运动，从而影响水团的垂直混合及其随后向更深的海洋层的输送。这一过程在 AABW 形成中尤为重要，因为密集的陆架水进入深海对于形成在全球海洋环流系统中发挥重要作用的冷盐底水至关重要。

潮汐与地形罗斯贝波之间的相互作用

潮汐和地形罗斯贝波的共同作用是南极底层水形成的关键因素。虽然这两个过程可以独立影响密集陆架水的运动，但它们的相互作用创造了一个更复杂、更动态的系统，从而导致 AABW 快速高效地形成。

在潮汐强迫和 TRW 都活跃的地区，这些过程可以共同作用，放大水团的向下运动。例如，在罗斯海，潮汐流和地形特征之间的相互作用已被证明会加速 DSW 的下降，从而导致 AABW 的快速形成。这种增强的混合和将密集的陆架水输送到深渊对于维持全球热盐环流的稳定性至关重要。

然而，潮汐和 TRW 的影响在整个南极大陆并不均匀。在大陆坡度较不陡峭的地区，潮汐强迫的影响可能会减弱，与 TRW 的相互作用可能会较弱。这意味着 AABW 形成的效率可能因当地地形特征而异，导致产生的 AABW 的特征和体积存在区域差异。了解潮汐和 TRW 影响的区域差异对于预测未来底层水形成的变化及其对全球海洋环流的影响至关重要。

新的研究发现

先前的研究表明，潮汐和溢流强迫的地形罗斯贝波 (TRW) 可能对 DSW 的下坡输送产生强烈影响，但这两个过程的综合作用如何影响 DSW 的下降过程以及由此产生的 AABW 特性仍不清楚。

一项新的研究通过综合历史现场观测和一组数值模型实验，深入了解这些因素如何促成 AABW 的形成。

研究发现，潮汐力和地形罗斯贝波 (TRW)在驱动密集陆架水 (DSW) 下降方面发挥着同等重要的作用，这对于 AABW 的形成至关重要。研究发现，这些过程协同作用，加速了 DSW 向下移动到深海，从而导致了 AABW 的形成。

大陆坡、山脊和水下山脉等地形特征增强了潮汐力和 TRW 的影响。这些特征是密集水沿大陆边缘流动的重要通道，凸显了海底地形在调节 AABW 形成速度和范围方面的作用。研究结果表明，地形变化对于确定水团形成的强度和效率至关重要。

研究结果表明，潮汐和 TRW 的共同作用增强了密集陆架水的垂直下沉，这有助于 AABW 的形成。这些力量之间的相互作用导致 DSW 更有效地向下坡输送，促进了密集水与深海的交换。这一过程在罗斯海和其他关键的南极地区尤为明显。

该研究还强调，AABW 的形成在整个南极大陆并不均匀。不同地区表现出不同程度的潮汐影响和地形波活动。这种区域变异性对于 AABW 如何在深海中循环并与其他水团相互作用具有重要意义。这也表明，未来的气候和海洋环流模型可能需要考虑局部潮汐和地形特征。

南极底层水的形成是一个复杂而动态的过程，对全球海洋环流系统至关重要。潮汐和地形罗斯贝波在加速密集的陆架水下降方面起着关键作用，从而导致寒冷、咸水的底层水的形成。了解这些过程之间的相互作用对于提高我们对 AABW 形成及其对全球气候系统影响的认识至关重要。

思考

南极大陆架沿线不同的地形特征如何影响 TRW 的产生及其与潮流的相互作用？在南极大陆架的不同区域，潮汐与 TRW 的相对重要性如何？深海水的季节或年际变化如何影响 AABW 形成的稳定性和强度？冰架融化在改变深海海水特性及其与深海的相互作用方面起着什么作用？

参考文献：Xianxian Han, Andrew L. Stewart, Dake Chen, Markus Janout, Xiaohui Liu, Zhaomin Wang & Arnold L. Gordon ，Circum-Antarctic bottom water formation mediated by tides and topographic waves.  Nature Communications volume 15, Article number: 2049 (2024) ，doi.s41467-024-46086-1

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