海洋鹽度是海水的核心物理引數之一,鹽度的分佈與變化可以作為全球水迴圈過程(降水及蒸發)和一些重要變率的指示因子,常被稱為天然的“雨量計”。鹽度變化也能透過調整海水狀態和海洋環流等過程,對全球氣候和生態系統產生影響。過去,由於海洋鹽度觀測資料較為稀疏,關於全球尺度的鹽度季節變化研究相對滯後。Argo及多種儀器組成的海洋觀測網的建立使得海洋觀測首次有了接近全球(上層2000米)的覆蓋,為從全球和區域尺度研究鹽度季節變化提供了基礎。
近期,中國科學院大氣物理研究所、國防科技大學、中科院海洋研究所等單位的聯合研究團隊在International Journal of Climatology上,發表了題為Climatological seasonal variation of the upper ocean salinity的研究論文,探究了全球和區域尺度海洋鹽度的季節變化存在的時空結構,可能的機制以及鹽度作為天然“雨量計”的概念在季節尺度是否依然正確。
該研究基於IAP等多套海洋鹽度格點觀測資料集、歐洲中心和美國伍茲霍爾海洋研究所開發的海氣淡水通量資料,描述了區域至全球尺度上層2000米海洋鹽度的三維空間分佈,評估了鹽度季節訊號的穩健性,探究了可能驅動鹽度季節變化的因素(海氣淡水通量、河流淡水通量)。研究表明,在大部分海域,鹽度在海洋上層350米記憶體在明顯的季節變化,在一些區域季節變化甚至可達2000米。
在海表,鹽度季節變化強烈(幅度超過0.6gkg-1)的區域包括西北太平洋、西北大西洋、熱帶太平洋、熱帶大西洋、熱帶印度洋和東北印度洋海域。受大氣環流(如ITCZ)季節性擺動的影響,赤道北側(5°N到30°N)區域的淡水通量存在明顯季節變化,導致表層海水鹽度前半年較高、後半年較低;赤道南側(20°S到5°S)則相反。在中高緯海域,海表鹽度的季節變化與淡水通量的季節變化有相位差異,表明這些區域的鹽度變化受諸如到陸地的河流徑流、海冰變化、海洋動力學等因素的綜合影響。
研究指出,緯向平均而言,上層40-80m鹽度異常季節變化與淡水通量的季節變化趨於一致,表明在近海表區域的鹽度可作為“雨量計”;在100m以下,海洋動力過程在鹽度變化中起重要作用。沿岸海域和極地地區,受海洋動力過程、河流徑流等因素影響,淡水通量對鹽度的變化不佔主導作用,故“鹽度雨量計”的概念在這些海域不適用。研究還發現,由於Argo觀測網在極地和近岸無觀測,僅基於Argo資料構建的格點資料集無法準確描述全球海表鹽度的季節變化。而整合Argo、溫鹽深探儀(CTD)、浮標、潛標、Glider等多種觀測系統的資料集(如我國IAP資料集、英國EN4、日本Ishii)可較為一致地刻畫近岸和極地的鹽度變化。因此,充分整合所有海洋觀測資料對準確描述海洋變化十分重要。
研究工作得到國家重點研發計劃全球變化及應對專項、國家自然科學基金、中國科學院海洋大科學中心自主部署專案等的資助。
緯向平均淡水通量(ERA和OAflux資料)、0-2000米緯向平均鹽度(IAP資料)的季節變化(1月,3月,5月,7月,9月,11月)
來源:中國科學院大氣物理研究所