普里茲灣及鄰近海域多航次水文特征比較分析＊

林麗娜，陳紅霞，劉 娜

（1.中國(guó)科學(xué)院 南海海洋研究所，廣東 廣州510301；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3.國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島266061）

普里茲灣總體呈西南－東北走向，是南極大陸附近的第三大海灣，面積僅次于威德?tīng)柡：土_斯海。它位于南大洋的印度洋區(qū)段，大致在（69°00′～76°00′E，67°45′～69°30′S）的范圍內(nèi)，面積約為6×104km2。普里茲灣北鄰印度洋，南鄰與蘭姆伯特大冰川相連接的埃默里冰架，灣口東端靠近四女士淺灘，西端靠近弗拉姆淺灘，位于兩個(gè)淺灘中間的一個(gè)凹槽，是灣內(nèi)外交換的主要通道。普里茲灣內(nèi)水深普遍較淺，約為400～600m，在灣口處水深加深，經(jīng)過(guò)67°00′S大陸坡折處，水深急劇增加，陸坡以北是水深超過(guò)3 000m的深水區(qū)，因此普里茲灣具有“瓶頸”式的地理環(huán)境和海底地形特點(diǎn)。

中國(guó)對(duì)普里茲灣的研究可以追溯到1981年中國(guó)科學(xué)家參加國(guó)際南大洋生物系統(tǒng)和資源考察（BIOMASS）等國(guó)際考察和合作研究活動(dòng)。自1984年至今，中國(guó)已進(jìn)行了30次南極考察，1989年中山站建立后，普里茲灣開(kāi)始成為我國(guó)南極考察和研究的重點(diǎn)海域，歷次南極考察的定點(diǎn)觀測(cè)多設(shè)置在這個(gè)海域，至今為止積累了大量的CTD觀測(cè)資料。在這些數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，我國(guó)科學(xué)家對(duì)普里茲灣及鄰近海域做了多方面的研究，其中物理海洋學(xué)研究主要集中在對(duì)水團(tuán)分布、環(huán)流特性與形成機(jī)制等方面［1－3］。

近年來(lái)，普里茲灣能否形成南極底層水一直是許多海洋學(xué)家關(guān)注的問(wèn)題［3－4］，而對(duì)南極底層水的形成有重要影響的三類(lèi)水團(tuán)是繞極深層水、高鹽陸架水和冰架水［5］。繞極深層水能否涌升至陸架以及涌升至陸架后與陸架水（包含冰架水）混合，經(jīng)過(guò)海－冰－氣相互作用形成的高鹽陸架水能否越過(guò)陸架邊緣并沿陸坡下沉是底層水形成的關(guān)鍵問(wèn)題。在繞極深層水涌升問(wèn)題上，73°E斷面作為普里茲灣與外海連通的通道一直被認(rèn)為是繞極深層水最有可能上升到陸架上的位置。近年來(lái)前人利用多次中國(guó)南極考察數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)了73°E斷面上深層水?dāng)U展到陸架的證據(jù)［6－8］。而2006年，Yabuki等［4］利用日本鯨魚(yú)研究項(xiàng)目在南極的水文數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了變性繞極深層水在75°E附近侵入陸架的證據(jù)，并在陸架坡折處發(fā)現(xiàn)高鹽陸架水的存在（S＞34.60），由此推斷變性繞極深層水進(jìn)入陸架與陸架水混合，形成高鹽陸架水，通過(guò)灣內(nèi)氣旋式環(huán)流在73°E附近流出，進(jìn)而與繞極深層水混合形成南極底層水，并指出這可能是南極底層水的一個(gè)可能性來(lái)源。冰架水即水溫低于海表面冰點(diǎn)的水體是南極冰架附近海域獨(dú)有的水團(tuán)，也是南極底層水的重要來(lái)源之一［5，9］。形成原因是溫度較高的高鹽陸架水下沉進(jìn)入冰架下洞穴，促使冰架融化混合形成冰架水，受浮力作用上升流出冰架。冰架水的形成和輸運(yùn)對(duì)其他水團(tuán)特性有重要影響，因此對(duì)冰架水的研究有重要意義［10－11］。鑒于此，本文在系統(tǒng)整理中國(guó)歷次南極考察在普里茲灣及鄰近海域CTD觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，選取第15，16，21，25，26和27共6個(gè)航次的資料，對(duì)該海域主要水文特征進(jìn)行了綜合對(duì)比分析。重點(diǎn)研究了對(duì)底層水形成有重要影響的冰架水和陸架區(qū)高鹽陸架水的特征變化以及繞極深層水的涌升情況。

1 數(shù)據(jù)資料

本文所用數(shù)據(jù)為中國(guó)第15，16，21，25，26和27次南極考察在普里茲灣及鄰近海域獲取的273個(gè)站位CTD調(diào)查資料，其中第15，16和21次南極考察采用的儀器為 MARKIII－CTD，其數(shù)據(jù)溫度精度為0.002℃，電導(dǎo)率精度為0.000 2S／m。第25，26，27次南極考察采用的儀器為SBE－911CTD，其數(shù)據(jù)溫度精度為0.001℃，電導(dǎo)率精度為0.000 3S／m，數(shù)據(jù)間隔統(tǒng)一為1m。普里茲灣位置、地形及各航次數(shù)據(jù)詳細(xì)信息和站位分布情況如圖1和表1所示。

圖1 普里茲灣地形和觀測(cè)站位分布Fig.1 Bathymetry of the Prydz Bay and survey sites distribution of stations in the six cruises

表1 6航次數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)表Table 1 Data statistics of six cruises

由表1可知，6個(gè)航次調(diào)查時(shí)間范圍為1998－2011年，考察范圍大致為（68°00′～76°27′E，62°00′～69°20′S）。由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，各航次調(diào)查站位數(shù)和斷面數(shù)均有差異。由圖1b可見(jiàn)，站位主要分布于灣內(nèi)埃默里冰架前緣和幾條典型經(jīng)向斷面上（如68°00′E，70°30′E，73°00′E和75°30′E），各經(jīng)向斷面站位主要設(shè)置在整度和半度位置上，66°00′～67°30′S范圍內(nèi)的陸坡區(qū)站位加密。第21，25，26和27航次較其他航次新增了冰架前緣斷面，占據(jù)整個(gè)冰架前緣，但由于各航次冰架前緣冰情不同，冰架前緣斷面尤其是冰架東部站位的位置略有差異。

2 水文特征分析

2.1 普里茲灣主要水團(tuán)分析

前人研究一致認(rèn)為［7，12－13］，普里茲灣及鄰近海域水團(tuán)主要包括南極表層水（Antarctic Surface Water，AASW）、普里茲灣陸架水（Shelf Water，SW）、繞極深層水（Circumpolar Deep Water，CDW）和南極底層水（Antarctic Bottom Water，AABW），其中AASW在夏季又可以分為2個(gè)次級(jí)水團(tuán)，南極夏季表層水（Antarctic Summer Surface Water，AASSW）和南極冬季水（Antarctic Winter Water，WW）。普里茲灣陸架水也可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是高鹽陸架水（High Salinity Shelf Water，HSSW），另一類(lèi)是低鹽陸架水（Low Salinity Shelf Water，LSSW）。此外，CDW在涌升過(guò)程中與SW混合，形成普里茲灣陸坡區(qū)的變性南極繞極深層水［14］（Modified Circumpolar Deep Water，MCDW）。在周期性潮汐的作用和其他因素作用下，MCDW 有可能入侵到陸架上，與那里的HSSW混合，形成低溫、高鹽、高密度的普里茲灣底層水（Prydz Bay Bottom Water，PBBW）［3，15］。在陸架區(qū)近底部還存在一部分水體，其溫度低于同鹽度海水在海面的冰點(diǎn)，稱(chēng)為冰架水（Ice Shelf Water，ISW）。

2.1.1 各水團(tuán)在TS圖中分布特征

各主要水團(tuán)的具體特征指標(biāo)見(jiàn)表2，水團(tuán)的劃分一直是一個(gè)存在爭(zhēng)議的問(wèn)題，爭(zhēng)議主要集中在：1）WW與SW的區(qū)分。由于兩種水團(tuán)形成的主要原因都是海水結(jié)冰和強(qiáng)對(duì)流，且都位于AASSW以下，具有相似的溫鹽性質(zhì)，在陸架區(qū)很難區(qū)分，所以以陸坡為界，將普里茲灣及鄰近海域分為陸架和海盆兩個(gè)區(qū)域。WW與SW則是分處兩個(gè)區(qū)域AASSW之下的低溫水團(tuán)。二者的區(qū)別在于WW比SW鹽度偏低，主要分布在AASSW以下至100～200m左右的深度上，而SW則占據(jù)了陸架區(qū)表層水以下的所有海域。2）LSSW與HSSW的界定。前人劃分標(biāo)準(zhǔn)一種為低鹽陸架水S＜34.25，高鹽陸架水S＞34.50［7，12］，另一種劃分方法將鹽度分界定為34.60［14，16］，本文以34.60作為界定標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橹挥宣}度在34.60以上的HSSW才有可能越過(guò)陸架邊緣，與CDW混合生成沿陸坡向深層運(yùn)動(dòng)的PBBW。3）HSSW與PBBW的區(qū)分。PBBW是HSSW與CDW混合產(chǎn)生的，其特性介于陸架水和繞極深層暖水之間，是1989年Middleton和Hamphries［15］利用澳大利亞南極考察資料首次在普里茲灣陸坡區(qū)500～1 500m深度上發(fā)現(xiàn)并定義的。本文定義普里茲灣陸坡區(qū)500～1 500m深度上t＜0℃，S＞34.62的水團(tuán)為PBBW，定義陸架上t＜－1.50℃，S＞34.60的水團(tuán)為HSSW。

表2 普里茲灣區(qū)夏季主要水團(tuán)的特征指標(biāo)Table 2 Definitions of major water masses in the Prydz Bay in summer

圖2為選取研究的6個(gè)航次TS散點(diǎn)圖，經(jīng)統(tǒng)計(jì)普里茲灣及鄰近海域溫鹽變化范圍分別為鹽度29.89～34.80，溫度－2.10～3.55℃，位勢(shì)密度23.76～27.90kg／m3。由于鹽度小于32.00和溫度大于2.10℃的TS點(diǎn)較少，因此圖2鹽度坐標(biāo)起點(diǎn)選取為32，溫度坐標(biāo)頂點(diǎn)選為2.10。此外，為突出顯示主要水團(tuán)特征，將鹽度大于34.20的TS散點(diǎn)單獨(dú)繪制成圖3。由圖2和圖3可見(jiàn)各主要水團(tuán)在TS圖中均可識(shí)別，整體上看，各水團(tuán)性質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定。AASSW的溫度和鹽度因受浮冰、太陽(yáng)輻射、融冰等過(guò)程影響，分布最為分散，在TS圖中呈散射狀分布，在－0.50～1.00℃，33.50～34.20范圍內(nèi)相對(duì)比較集中；CDW的分布范圍和溫鹽特征比較穩(wěn)定，溫鹽散點(diǎn)圖分布呈向下拋物線(xiàn)形狀，有兩個(gè)分支，最高核心溫度即頂點(diǎn)溫度在第16航次達(dá)到2.00℃；此外，各航次均觀測(cè)到AABW的存在，溫鹽特征略有差異，第25航次出現(xiàn)溫度最低值－0.56℃，第15航次出現(xiàn)鹽度最高值34.69，位勢(shì)密度最大值27.85kg／m3；第15，21，25，26和27航次均有溫度低于－2.00℃的ISW出現(xiàn)。

圖2 選取的6個(gè)航次TS散點(diǎn)圖Fig.2 T－S diagram of the six cruises

圖3 6個(gè)航次中S＞34.2的TS散點(diǎn)圖Fig.3 T－S diagram of water masses saltier than 34.2 of the six cruises

在TS散點(diǎn)圖中繞極深層水團(tuán)右側(cè)，有一小部分37.50＜S＜37.80，0.30℃≤t≤0.80℃的水團(tuán)。這部分水團(tuán)主要來(lái)自第25航次于2009－02在P1－06（68°00′E，66°30′S）和P1－08（68°00′E，67°00′S）站500～1 100m深度上獲取的數(shù)據(jù)，密度最大超過(guò)27.90kg／m3。這是6個(gè)航次觀測(cè)到的鹽度最高、密度最大的水體。Ohshima等［17］在2013年利用潛標(biāo)和海豹數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，達(dá)恩利角冰間湖可通過(guò)強(qiáng)烈的海－冰轉(zhuǎn)換機(jī)制生成高密度陸架水，在懷爾德和戴利海底峽谷處下沉，與CDW 混合生成CDBW（Cape Darnley Bottom Water）。P1－06和P1－08正位于懷爾德峽谷處，這種高密度水很可能是具有下沉趨勢(shì)的HSSW與CDW混合水，為這一研究提供了有力的佐證。

2.1.2 冰架水分布特征

本文計(jì)算了第21，25，26和27這4個(gè)包含冰架前緣斷面航次的ISW分布情況。冰點(diǎn)的計(jì)算按照Millero［18］的計(jì)算方法，考慮到儀器精度和可能誤差，將低于海表面冰點(diǎn)－0.10℃的水層厚度超過(guò)10m作為存在ISW的判別標(biāo)準(zhǔn)（圖4和圖5）。圖4為4個(gè)航次所有存在ISW的站位和厚度分布。4個(gè)航次中共有36個(gè)站位存在ISW，主要分布在埃默里冰架前緣和70°30′E斷面上，緯向分布范圍為70°18′～75°45′E，經(jīng)向范圍為67°09′～69°20′S。若以73°00′E為界，將冰架前緣分為東西兩部分，則73°00′E以西部分有23個(gè)站位存在ISW，平均厚度為152m，以東部分有13個(gè)站位存在ISW，平均厚度為109m。最大厚度為304m，出現(xiàn)在第25航次P2－16站（70°30′E，68°26′S）。過(guò)冷溫度最小值－0.22℃出現(xiàn)在第27航次IS－05站（74°06′E，68°39′S）。按照判別標(biāo)準(zhǔn)，ISW的深度、位溫和鹽度變化范圍分別為52～602m，－2.11～－1.99℃和34.28～34.50。各航次相比，ISW的分布有明顯的年際變化，第27航次出現(xiàn)ISW的站位數(shù)量最多，為13個(gè)站位，經(jīng)向范圍為70°18′～75°21′E。第25航次出現(xiàn)ISW站位最少，僅有4個(gè)站位，第25航次P2－16站是一個(gè)連續(xù)觀測(cè)站位，第一次觀測(cè)時(shí)間為2009－02－16T16：32，之后每隔4h左右觀測(cè)一次，共觀測(cè)了6次。在6次觀測(cè)中均有ISW出現(xiàn)，過(guò)冷溫度最小值變化范圍為－0.15～－0.19℃，溫鹽性質(zhì)相近，說(shuō)明ISW在短期內(nèi)是比較穩(wěn)定的。此外根據(jù)圖4顯示，在所有斷面中只有在70°30′E斷面上存在擴(kuò)展至67°09′S的ISW。根據(jù)普里茲灣環(huán)流數(shù)值模擬［19］顯示，在普利茲灣西部確有一支流向?yàn)惩獾乃?，這說(shuō)明ISW隨流動(dòng)沿70°30′E斷面向北擴(kuò)展，最北可擴(kuò)展至陸坡附近。

圖4 ISW站位和厚度分布Fig.4 Stations found ISW and thickness of the ISW

圖5 ISW的最大深度分布Fig.5 The maximum depth of ISW

Williams等［20］數(shù)值模擬的結(jié)果表明，埃默里冰架下存在一個(gè)中心在70°30′S，71°00′E的氣旋式環(huán)流，72°30′～74°00′E是高鹽陸架水進(jìn)入冰架的入流區(qū)，并且冰架前緣的流動(dòng)以西向?yàn)橹?，因此前人推測(cè)冰架前緣東部的冰架水可能來(lái)自普里茲灣以東的西冰架［21］。圖5為各站位存在ISW的最大深度，從圖中可以看出約以73°00′E為界東西部分有明顯差異，西部各站位ISW存在最大深度一般為200～400m，而東部普遍加深，一般為400～600m。此外，由上文可知，西部冰架水厚度亦比東部偏厚，這種差異進(jìn)一步說(shuō)明冰架前緣東西兩部分的冰架水很可能有不同的來(lái)源，但這只是種推測(cè)還需要進(jìn)一步的探索和研究。

在ISW中，有一部分水體水溫低于現(xiàn)場(chǎng)冰點(diǎn)，它是ISW最寒冷的部分，又稱(chēng)為過(guò)冷水。1970年Countryman［22］在羅斯海首次確認(rèn)并解釋了南大洋過(guò)冷水的存在。2011年，史久新等［23］利用我國(guó)和澳大利亞在普里茲灣的調(diào)查數(shù)據(jù)，確認(rèn)了灣內(nèi)埃默里冰架前緣過(guò)冷水的存在。研究表明，過(guò)冷水一般出現(xiàn)在深度63～271m范圍內(nèi)，溫鹽范圍為－2.14～－1.96℃，34.39～34.46。史久新等［23］所分析的數(shù)據(jù)是25航次以前的南極考察數(shù)據(jù)，這里增加了對(duì)第26和27航次過(guò)冷水情況的分析。

本文將低于現(xiàn)場(chǎng)冰點(diǎn)－0.02℃的水層厚度超過(guò)10 m作為存在過(guò)冷水的判別標(biāo)準(zhǔn)，這與史久新等［23］所用判別標(biāo)準(zhǔn)一致。符合以上判別標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)冷水出現(xiàn)在第26航次中的8個(gè)站位上，深度、溫度和鹽度變化范圍分別為48～210m，－2.08～－1.95℃和34.41～34.47，經(jīng)向范圍為70°30′～73°48′E。與史久新［23］的研究結(jié)果相比過(guò)冷水出現(xiàn)的深度向上提升至48m，并且經(jīng)向范圍由72°18′E東擴(kuò)至73°48′E。如表3所示，過(guò)冷溫度最小值－0.10℃出現(xiàn)在P2－15站，與出現(xiàn)歷史結(jié)果最低值的19航次II－14站（70°30′E，68°27′S）均位于70°30′E斷面上，并且在所有存在過(guò)冷水的19個(gè)站位中（站位分布見(jiàn)圖6），70°30′E附近站位有9個(gè)，且過(guò)冷溫度最小值比其他站位明顯偏低，這表明溫度最低的過(guò)冷水多出現(xiàn)在冰架前緣的西部。值得注意的是，第27航次并沒(méi)有符合判別標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)冷水存在。比較第26和第27航次的站位分布可見(jiàn)，這兩個(gè)航次在冰架前緣的站位分布基本相同，且由上文可知，27航次有13個(gè)站位存在ISW，但沒(méi)有過(guò)冷水的出現(xiàn)，這說(shuō)明過(guò)冷水的存在是有明顯的年際變化的。

圖6 過(guò)冷水站位分布圖Fig.6 Distribution of stations where supercooled water is observed

2.1.3 高鹽陸架水分布特征

HSSW的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，CDW的入侵以及埃默里冰架下海洋冰的再凍結(jié)和沿岸冰間湖引起的析鹽作用都可以促進(jìn)HSSW的形成。6個(gè)航次中共有3個(gè)航次（第15，25，26航次）、11個(gè)站位存在HSSW，經(jīng)向范圍為70°32′～73°33′E，緯向范圍為67°30′～68°45′S，主要分布在埃默里冰架前緣和73°E斷面上。觀測(cè)到的HSSW的厚度范圍為4～202m，最大厚度202m出現(xiàn)在第26航次IS－24站（70°32′E，68°29′S）。厚度自西向東呈遞減趨勢(shì)，西部2個(gè)位HSSW厚度為100～200m，中部73°E斷面上HSSW厚度為20～60m，東部的兩個(gè)站位厚度則小于10m。深度、位溫和鹽度變化范圍分別為532～984m，－1.90～－1.88℃和34.60～34.64。

圖7 高鹽陸架水站位分布圖Fig.7 Distribution of stations where high salinity shelf water is observed

表4為統(tǒng)計(jì)的HSSW中鹽度大于34.62的高鹽水溫鹽特征，結(jié)果表明在上述11個(gè)站位中有6個(gè)站位存在鹽度高于34.62的HSSW，具體分布見(jiàn)圖7中的黑框站位。從圖中可以看出6個(gè)站位都位于73°E斷面附近，緯度范圍從冰架前緣至67°30′S左右。鹽度最高值出現(xiàn)在第25航次的IS－00站，鹽度值為34.64，所在深度為799m，對(duì)應(yīng)的位勢(shì)密度為27.89kg·m－3。S＞34.62的HSSW垂向深度變化范圍為564～799m，厚度變化范圍為2～30m，位于冰架前緣的IS－00和IS－08站較遠(yuǎn)離冰架的其他站位厚度最大，所處深度也偏深。若將66°30′S作為陸架區(qū)和輻散帶區(qū)的分界線(xiàn)，則6個(gè)航次中陸架區(qū)站位共有163個(gè)。存在HSSW的站位數(shù)僅占陸架區(qū)總站位數(shù)的7%，這說(shuō)明HSSW在普里茲灣總體生成較少。6個(gè)航次中有3個(gè)航次出現(xiàn)HSSW，則說(shuō)明這種水團(tuán)在研究海區(qū)的特定區(qū)域是穩(wěn)定存在的，但同時(shí)又具有一定的年際變化。

HSSW尤其是S＞34.62的HSSW在所有斷面中只出現(xiàn)在73°E斷面，并且在冰架前緣最深厚。這種特征與Yabuki［4］認(rèn)為HSSW由埃默里冰架下結(jié)冰析鹽形成，隨灣內(nèi)順時(shí)針環(huán)流通過(guò)73°E斷面附近流出的推測(cè)相符。這說(shuō)明至今為止雖不能確定繞極深層水侵入陸架的位置，但可以明確73°E斷面是陸架高鹽水最有可能流出陸架的通道。此外，由冰架水分布可推測(cè)70°30′E斷面也可能是HSSW的通道，但現(xiàn)有數(shù)據(jù)只在26航次70°30′E附近觀測(cè)到2個(gè)站位存在HSSW，并且沒(méi)有北擴(kuò)的趨勢(shì)，進(jìn)一步的確定還需要更多的調(diào)查數(shù)據(jù)。

表4 各航次S＞34.62的高鹽陸架水溫、鹽特征Table 4 Characteristics of high salinity shelf water saltier than 34.62observed in different crusies

2.2 溫、鹽水平分布特征

為進(jìn)一步了解普里茲灣及鄰近海域溫、鹽等水文要素的整體時(shí)空分布特征，本文分析了第15，16，21，25和26航次期間幾個(gè)典型層面的溫鹽水平分布特征。因篇幅限制，下文選取10m和100m層為代表進(jìn)行重點(diǎn)分析，其中以10m層為代表來(lái)了解普里茲灣及鄰近海域夏季表層溫鹽分布特征，以100m層為代表來(lái)了解普里茲灣及鄰近海域夏季水平面上CDW的涌升特征。

2.2.1 10m層溫鹽分布特征

圖8為各航次10m層水平溫鹽分布圖，從圖中可以看出夏季表層溫鹽分布有明顯的時(shí)空變化。從溫度分布來(lái)看，第15，21，25航次68°00′S以南的埃默里冰架前緣有一個(gè)最高溫度超過(guò)1.50℃的高溫水團(tuán)，與68°00′S以北的低溫水團(tuán)之間形成很強(qiáng)的溫度鋒面。第21航次最高溫度達(dá)到3.55℃，第25航次最高溫度為2.20℃，第15航次為2.04℃。這種高緯度的高溫夏季近岸表層水是一個(gè)較穩(wěn)定的夏季結(jié)構(gòu)，其形成原因?qū)O日彥［24］認(rèn)為是由于普里茲灣特殊的地理位置，使得埃默里冰架外緣出現(xiàn)開(kāi)闊水域的時(shí)間比同緯度其它海面要早得多，同時(shí)灣內(nèi)垂直交換和與外海的水平交換弱，以及灣內(nèi)生物旺盛加速冰破碎等因素而形成的。

第21、26航次67°00′S以北，溫度等值線(xiàn)趨于南北走向，大致以72°00′E為界，溫度東高西低，中間形成另一個(gè)溫度鋒面，高溫中心最高1.00℃，低溫中心低于－1.50℃，但這一鋒面并非每個(gè)年份都有出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象可能與同一航次不同斷面的調(diào)查時(shí)間差異較大有關(guān)。第21航次63°00′～67°00′S自西向東3個(gè)斷面 D1、D2、D3調(diào)查時(shí)間分別為2005－01－28、2005－1－29和2004－12－10，其中 D1、D2斷面的調(diào)查分兩個(gè)階段，62°00′～63°00′S時(shí)間為2004－12－10，63°00′～67°00′S時(shí)間為2005－1－28，相差一個(gè)半月。第26航次67°00′S以北自西向東2個(gè)斷面P2和P3調(diào)查時(shí)間分別為2010－02－13和2009－12－24，也相差一個(gè)半月，而其它航次的斷面調(diào)查基本都在同一個(gè)月內(nèi)完成，如表5所示。因此推斷這種調(diào)查時(shí)間的較大差異有可能是斷面間鋒面形成的主要原因。

從10m 層鹽度分布來(lái)看，65°00′S以北鹽度分布相對(duì)比較穩(wěn)定，鹽度變化范圍為33.25～34.00；65°00′S以南的陸坡區(qū)和普里茲灣陸架區(qū)，鹽度時(shí)空變化顯著，尤其是陸架區(qū)，鹽度變化范圍為32.00～34.36。第15，16航次，大致以陸坡區(qū)（65°30′～66°30′S）為中心，鹽度呈中心低，南北高的分布趨勢(shì)。第21和26航次陸架區(qū)鹽度分布對(duì)比鮮明，第21航次陸架區(qū)鹽度明顯低于灣外，大部分區(qū)域鹽度均低于33.25；而第26航次則正好相反，陸架區(qū)鹽度顯著高于灣外，除冰架前緣外大部分區(qū)域鹽度均高于34.00。陸架區(qū)表層鹽度這種復(fù)雜的時(shí)空變化與該海域多變的海冰分布以及不同時(shí)期的融冰淡化過(guò)程直接相關(guān)。歷次南極考察夏季航次都在初夏開(kāi)始，夏末結(jié)束，而期間的水文定點(diǎn)站位調(diào)查時(shí)間則根據(jù)冰情及其他環(huán)境條件適時(shí)展開(kāi)。這就造成同一航次不同斷面調(diào)查時(shí)間最大可相差兩個(gè)月，這對(duì)于受外界環(huán)境影響敏感的夏季上層海洋來(lái)說(shuō)，具有非常大的影響，因此建議以后的水文站位調(diào)查集中開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)最大程度的準(zhǔn)同步調(diào)查，獲取更精確地水文數(shù)據(jù)。

圖8 各航次10m層溫鹽平面分布圖Fig.8 Horizontal contoured distribution of temperature at 10mfrom five cruises

表5 5個(gè)航次67°00′S以北調(diào)查時(shí)間表Table 5 Time spans of the five cruises conducted north of 67°S

2.2.2 100m層溫鹽分布特征

由圖9各航次100m層水平溫、鹽分布圖可見(jiàn)，第15航次63°00′～64°00′S范圍內(nèi)有一個(gè)明顯的高溫中心，且符合繞極深層水的溫鹽特征，說(shuō)明航次期間繞極深層水涌升最強(qiáng)，已涌升至100m層以淺。在所有經(jīng)向斷面中，73°E斷面涌升強(qiáng)度最強(qiáng)，涌升的中心大約在（73°00′E，64°00′S）位置上。繞極深層水在涌升過(guò)程中與北向擴(kuò)展的陸架冷水之間會(huì)形成一個(gè)較強(qiáng)的鋒面——南極陸坡鋒，又稱(chēng)為陸緣水邊界，范圍在63°00′～66°00′S之間，呈東西走向。這一鋒面是陸架水和繞極深層水的分界區(qū)，在這里，兩種水團(tuán)相互作用生成變性的南極繞極深層水。

由于繞極深層水涌升強(qiáng)度和位置隨時(shí)空的變化，造成鋒面強(qiáng)度和位置亦發(fā)生時(shí)空變化，這表現(xiàn)在同一航次不同斷面和同一斷面不同航次鋒面的強(qiáng)度和位置均會(huì)發(fā)生改變。例如同一航次不同斷面比較，就鋒面強(qiáng)度而言，73°E斷面溫度鋒面較其他斷面相比是最強(qiáng)的。就鋒面位置而言，各斷面鋒面位置在第15，16航次是自西向東隨緯度升高由北向南偏移，而第21航次恰好相反，隨緯度升高由南向北偏移，最大偏移約一個(gè)緯距。此外，不同航次同一斷面比較，73°E斷面在第16航次和第21航次鋒面中心在63°30′S附近，第15航次則南移至64°30′S，鋒面強(qiáng)度第15次最強(qiáng)。70°E斷面在第15航次和第16航次鋒面中心在63°30′S附近，第21航次則南移至64°30′S。

此外，在南極陸坡鋒區(qū)，高鹽的繞極深層水與相對(duì)低鹽的北擴(kuò)陸架水之間也有一個(gè)明顯的鹽度鋒面，中心鹽度大于34.50，高鹽帶的南、北鹽度逐漸降低。鹽度鋒區(qū)位置和強(qiáng)度與溫度鋒區(qū)相符，但溫度鋒面更顯著。在67°00′S附近陸坡區(qū)，出現(xiàn)另一鹽度鋒，是相對(duì)高鹽的普里茲灣陸架水與灣外低鹽水的分界線(xiàn)。因此普里茲灣及鄰近海域62°S以南，100m層鹽度平面呈高－低－高的相間帶狀分布。

圖9 各航次100m層溫鹽平面分布圖Fig.9 Horizontal distribution of temperature at 100mfrom the five cruises

3 結(jié)論

本文利用第15，16，21，25，26和27次南極考察在普里茲灣及鄰近海域所獲取的CTD觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該海域多年水文特征進(jìn)行了對(duì)比性分析，主要結(jié)果如下：

1）普里茲灣及鄰近海域水團(tuán)主要包括南極表層水、普里茲灣陸架水、繞極深層水和南極底層水。夏季表層水呈散射狀分布，溫鹽變化幅度最大，在－0.50～1.00℃，33.50～34.20范圍內(nèi)相對(duì)比較集中；繞極深層暖水的分布范圍和溫鹽特征都比較穩(wěn)定，最高核心溫度達(dá)到2.00℃；南極底層水在各航次均有出現(xiàn)，其溫度最低值為－0.56℃，鹽度最高值為34.69，最大位勢(shì)密度為27.85kg·m－3。

2）ISW主要分布在埃默里冰架前緣和70°30′E斷面上，沿70°30′E斷面最北可擴(kuò)展至陸坡附近。ISW的最大厚度為304m，與海面冰點(diǎn)溫度相差最大為－0.22℃，深度、位溫和鹽度變化范圍分別為52～602m，－2.11～－1.99℃和34.28～34.50。冰架前緣東西兩部分的冰架水性質(zhì)有較大差異，可能有不同來(lái)源。最冷的ISW—過(guò)冷水出現(xiàn)在冰架前緣西部。

3）HSSW主要分布在埃默里冰架前緣和73°E斷面67°30′～68°45′S范圍內(nèi)，最大厚度202m，深度、位溫和鹽度變化范圍分別為532～984m，－1.90～－1.88℃和34.60～34.64。HSSW在普里茲灣區(qū)存在較少且有顯著的年際變化。在6個(gè)航次中有3個(gè)航次、6個(gè)站位上發(fā)現(xiàn)S＞34.62的HSSW，均位于73°E斷面附近，緯度范圍從冰架前緣至67°30′S左右。最大厚度為30m，鹽度最高值為34.64，對(duì)應(yīng)的位勢(shì)密度為27.89kg·m－3。

4）夏季表層溫鹽分布時(shí)空變化特征顯著。埃默里冰架前緣有一個(gè)高溫水團(tuán)，最高溫度達(dá)到3.55℃，與68°00′S以北的低溫水形成很強(qiáng)的溫度鋒面。此外，在67°00′S以北的海區(qū)，第21和第26航次的溫度等值線(xiàn)趨于南北走向，這一現(xiàn)象可能與斷面之間的調(diào)查時(shí)間存在較大差異有關(guān)。

5）繞極深層水在第15航次涌升至100m層以淺，涌升最明顯的海域在63°00′～64°00′S，73°E斷面涌升最強(qiáng)。繞極深層水涌升強(qiáng)度隨時(shí)空的變化，直接影響到南極陸坡鋒的鋒面強(qiáng)度和位置，同一航次不同斷面和同一斷面不同航次鋒面的強(qiáng)度和位置均會(huì)發(fā)生變化。但總體上講，鋒面變化范圍在63°00′～66°00′S，73°E斷面的鋒面強(qiáng)度在所有斷面中最強(qiáng)。

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