海院科研动态（176）|揭示南极罗斯海陆架水团盐度年际变化驱动机制

南极底层水（Antarctic Bottom Water）是深海大洋中密度和体量最大的水团，也是大洋经向翻转流的底层分支，主导着深海的储热与储碳能力。南极罗斯海（图1）正是南极底层水的主要发源地之一，作为南极底层水的前身，罗斯海高盐陆架水（High Salinity Shelf Water）催生了约四分之一南极底层水。当南半球进入寒冷的冬季时期，罗斯海沿岸冰间湖（polynya）内的海水持续结冰，造成大量盐分析出（brine rejection），使得上层海水盐度和密度不断升高，并在深对流作用下与周围水体混合形成冷而重的高盐陆架水。随后，陆架环流承载着高盐陆架水流向陆坡并在陆架坡折出溢出，与绕极深层水等相邻水团进一步混合，最终形成南极底层水流向深海大洋。因此，高盐陆架水的性质变化可直接影响南极底层水的产量和变异。

基于观测数据的前沿研究已经发现了罗斯海区域高盐陆架水和南极底层水的盐度存在显著的年际变化，但受限于观测数据的稀缺性，其广域的时空变化特征与主导机制尚不明确。为了深入理解罗斯海陆架水团的变异机理，我院联合南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）、新西兰地球研究院、奥克兰大学等多家国内外科研机构与高校，基于5 km水平分辨率的罗斯海区域海洋-海冰-冰架耦合模式展开了系统化的机理研究，首次揭示了驱动罗斯海高盐陆架水盐度年际变化的“表面激发和海洋阻尼”机制。相关成果以上下两篇（Part I与Part II），于2026年9月连载于物理海洋学国际权威期刊《Journal of Physical Oceanography》。

图1.罗斯海区域海底地形图

表面驱动过程：风场异常影响海冰生成

此研究成果上篇（Part I）聚焦表面驱动过程，阐明了风场和海冰的变化对陆架水团盐度年际变化的调控机制。研究表明，海冰生成伴随的盐析是海表盐通量年际变化的主导来源。海表盐通量的变化主要受控于陆架上空的西南风异常，而此异常又受罗斯海上空大尺度大气环流的调整，如阿蒙森海低压（Amundsen Sea Low,ASL）的西移和加深。此西南风异常通过改变跨陆架坡折处海冰的净输送，而调节陆架海冰的产量和分布：海冰净外输增强时，开阔水域扩大、海冰变薄，促进海冰生成与盐析，形成正反馈，反之亦然。由此产生的盐通量异常主要生成于罗斯海陆架东侧，随后被表层流向西平流输送，最终影响陆架西侧罗斯冰架冰间湖与特拉诺瓦湾冰间湖（高盐陆架水的主要生成区）的上层水团性质，从而影响高盐陆架水的整体产量与属性（图2）。

图2.表面驱动过程示意图：（a）气候态风场与海冰输送；（b）（c）海冰生成增强/减弱机制（原文Part I,Fig.11）

内部海洋过程：海洋自我调节的负反馈

此研究成果下篇（Part II）进一步明确了内部海洋过程在高盐陆架水盐度年际变化中的作用。研究揭示，海表生成的盐度异常以1–2年的滞后向深层传播，且该过程受垂向层结的强烈调制（图3）；当初始层结较强时，深对流难以形成，表层盐度扰动难以影响高盐陆架水。更进一步研究揭示了海洋环流抑制盐度变化的负反馈机制：表层盐化使高盐陆架水密度增大，跨陆坡出流增强，促使绕极深层水与南极表层水补偿性流入，继而降低表层盐度并增强层结，最终抑制陆架水盐度的进一步升高。

图3.影响罗斯海陆架盐度年际变化海洋过程示意图：（a）–（d）垂向层结对高盐陆架水生成的影响；（e）–（f）跨陆架坡折处水团交换的增强/减弱（原文Part II,Fig.14）

研究总结发现，罗斯海区域西南风异常通过改变海冰输送调控陆架结冰析盐过程，从而影响陆架水表层盐度，改变海洋层结，驱动陆架翻转环流变化，最终对陆架水盐度年际变化起阻尼作用。2014年罗斯海陆架高盐陆架水的异常低盐事件，正是此前数年海冰生成减少与垂向层结增强累积作用的结果。

研究意义

该系列研究量化了表面强迫与内部海洋过程对罗斯海高盐陆架水盐度年际变化的相对贡献，厘清了“海洋表面过程激发异常；海洋内部过程调控影响”的完整因果链条。

尽管现场水文观测数据揭示了罗斯海陆架水盐度变异的年际特征，但受限于海冰厚度与流速观测资料的稀缺，以及水文观测的连续性和覆盖率不足，仅由观测资料依然难以全面研究南极海－冰－气的耦合过程和潜在物理机制。本研究将观测数据与高分辨率数值模拟相结合，为深入认识南极底层水的形成、变异及其对全球气候变化的影响提供了理论基础，表明推动数值模式研发和观测系统建设均有利于深入理解南极气候系统的快速变化。

中山大学海洋科学学院博士后晏量军为该系列论文第一作者，南方海洋实验室前沿研究中心极地海洋组王召民首席研究员、刘成彦副研究员，中山大学海洋科学学院王东晓教授，以及新西兰地球科学研究院Craig Stevens教授等国内外海洋学家为共同作者。

该研究工作得到了国家重点研发计划（2024YFF0506603）、国家自然科学基金项目（42576020，41941007）、南方海洋实验室自主科研项目及启动经费、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515012717,2026A1515012241）、中国博士后科学基金（2025M770887）等项目资助；新西兰方受新西兰南极科学平台（ANTA1801）支持。

原文链接：

[1]Yan,L.,Wang,Z.*,Stevens,C.,Malyarenko,A.,Liu,C.,Fernandez,D.,&Wang,D.*(2026).Interannual salinity variability on the Ross Sea continental shelf in a regional ocean–sea ice–ice shelf model.Part I:Surface-driven processes.Journal of Physical Oceanography,56(9),2045–2057.https://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0236.1

[2]Yan,L.,Wang,Z.*,Stevens,C.,Malyarenko,A.,Liu,C.,Fernandez,D.,&Wang,D.*(2026).Interannual salinity variability on the Ross Sea continental shelf in a regional ocean–sea ice–ice shelf model.Part II:Internal oceanic processes.Journal of Physical Oceanography,56(9),2059–2075.https://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0237.1