2021年7月6日，國際權威海洋科學期刊Progress in Oceanography（《海洋學進展》）在線發表了我院李非栗教授及合作者題為“Observation-based estimates of heat and freshwater exchanges from the subtropical North Atlantic to the Arctic” 的最新研究成果。該研究基于最新現場觀測數據，并結合歷史觀測資料，構建泛北冰洋區域的熱鹽收支，揭示了大西洋副極地海域極向熱鹽輸送的時空特征，定量評估了其對泛北冰洋區域熱量及淡水量交換的影響，并進一步探討了該交換與大西洋經向翻轉環流（AMOC）之間的耦合關系。
北大西洋副極地是北冰洋與大西洋進行物質交換的關鍵性區域。相應的熱量與淡水量交換顯著影響該海域溫度、鹽度的分布和變化。此外，該區域是北大西洋深層水形成的關鍵海域，而溫度和鹽度（密度）的變化可直接影響深層水的形成過程，從而進一步影響大西洋的深層環流系統。近年來，現場觀測顯示北冰洋海水的“大西洋化”（Atlantification）日益加劇，因此研究北冰洋-大西洋物質交換的屬性特征，變化規律及機理，對于認識和預測極地變化，及其對大洋深層環流的反饋作用具有重要意義。
北冰洋至北大西洋區域海表溫度，顯示北大西洋副極地海域是北大西洋高溫水團與北冰洋-亞北極的低溫水團發生交互作用的關鍵區域。
北大西洋副極地海域極向熱量輸送，其中絕大部分（～70%）與海洋經向翻轉環流有關。
該研究基于跨大西洋全水深溫度及海流速度的連續觀測，得出副極地區域2014-2018年的海洋平均極向熱輸送量為0.50 ± 0.05 PW （1 PW=1015 W），主導了海洋對北冰洋海域的熱量供給（通過白令海峽的熱量輸送可以忽略不計）。進一步分析發現，副極地海域的極向熱量輸送絕大部分（～80%）發生在格陵蘭以東的東副極地海域（eastern subpolar gyre），與觀測得到的AMOC發生的具體位置吻合 [2]，表明熱量交換與AMOC之間的強相關性。為了證實這種關系，研究進一步將總熱量輸送進行分解，發現與AMOC相關的熱量輸送能夠解釋總熱量輸送70%以上的量級和變率。
該研究還通過鹽度和流速觀測數據，得出2014-2018年副極地海域的平均極向鹽度輸送為12.5 ± 1.0 Sv（1 Sv=106 m3 s-1）。造成這種極向鹽度輸送的主要原因，是極向流動的表層水（高鹽度）與南向流動的深層水（較低鹽度）之間的鹽度差異。這一差異對應于高緯度區域0.36 Sv的淡水增量（稀釋作用）。研究還發現格陵蘭以西和以東的區域淡水交換量相同，因此與AMOC和熱量交換主要發生在格陵蘭以東的情況具有明顯差異。這種差異性表明，淡水交換對AMOC的影響相比熱量交換來說較為有限。進一步將淡水交換進行分解，發現翻轉環流相關的部分只能解釋約一半的淡水交換及其變率。
除此之外，該研究還綜合考慮海洋熱鹽輸送與海洋內部的溫度、鹽度變化，估算出北大西洋區域海-氣熱通量與淡水通量，并與大氣再分析數據產品進行比較，指出后者存在的顯著偏差。其中熱通量偏差可達~5-10 W m-2，淡水通量偏差可達~0.33 cm yr-1。基于此，該研究提供了通過海洋觀測對海-氣物質交換進行約束的計算框架與方法。應用更長時間序列的海洋觀測，相關結果將提供更穩健的海-氣交換估計。
該論文合作者來自廈門大學、美國佐治亞理工學院，英國南安普頓國家海洋中心，美國邁阿密大學，美國伍茲霍爾海洋中心，蘇格蘭海洋科學協會，及荷蘭皇家海洋研究所。該研究得到廈門大學科研啟動基金及美國國家自然基金、英國自然環境研究委員會、歐盟Horizon 2020等項目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pocean.2021.102640
