罗斯海是南大洋五大海区中纬度最高的海域，也是南极底层水（Antarctic Bottom Water, AABW）的重要源区之一，其对南极冰盖质量平衡、全球海平面变化、海洋环流变异，以及碳和营养盐的生物地球化学循环等过程都起着关键作用。在罗斯海陆架的近岸冰间湖（海冰密集度明显低于周围的区域）所形成的冷而重的高盐陆架水（High Salinity Shelf Water, HSSW）会在海床和环流的约束下流出陆架，并在下沉过程中与相邻海水混合形成AABW。AABW是全球经向翻转环流底层分支的关键组成部分，影响着深海的热盐平衡、溶解氧和碳的含量。前人研究表明西罗斯海是盐度最高的AABW源区，大约 1/4的AABW是源于罗斯海的底层水，因此罗斯海形成的底层水可较为强烈地影响AABW的物理性质。近数十年，由罗斯海输出的AABW盐度存在显著变化，前人认为这与该海域HSSW的盐度变化密切相关。为了深入理解罗斯海底层水生成和变异过程，我实验室前沿研究中心极地海洋组基于MITgcm (MIT General Circulation Model）在罗斯海区域构建了国际上第一个具有真实冰架形状且融合潮汐过程的高分辨率（5 km）海洋-海冰-冰架耦合模式(图1)。借助此高分辨率耦合模式，极地海洋组对罗斯冰间湖（Ross Sea Polynya, RSP；以180°经度为界，分成西罗斯冰间湖WRSP以及东罗斯冰间湖ERSP）（图2），特纳诺瓦湾冰间湖 (Terra Nova Bay Polynya, TNBP)（图3）以及整个罗斯海陆架区域进行了盐度季节循环的收支分析。

图1. 高分辨率耦合模式模拟区域；填色代表罗斯海的海床特征。

研究表明：盐度平流项对于罗斯海陆架冰间湖区域HSSW的性质影响十分重要；罗斯陆架上，特别是3月至4月，冰间湖区域之外的陆架区域也有显著的海冰生成（图4）；HSSW的出流于2月至4月在陆架坡折处达到年度最大值，变性绕极深层水的入侵也随之增强（图5）。罗斯海陆架盐度的季节变化主要由海冰的生消、变性绕极深层水的侵入和高盐陆架水的出流共同主导，而罗斯冰架融化的贡献相对较小。

图2. (a) WRSP和(b) ERSP的平均盐度垂向分布随时间的变化。填色代表相邻两个5天之间的盐度变化。从上到下的三条绿色虚线分别代表最小、平均和最大混合层深度。(c) WRSP和(d) ERSP的盐分收支分析。

图3.（a）与图2a相似，（b）与图2c相似，但区域为TNBP。

图4. 罗斯陆架、RSP、TNBP和不包括冰间湖的陆架区域由热力学过程引起的海冰体积时间变化率。

图5. 陆架坡折处环流和海冰平流形成的盐通量。

极地海洋组自主构建的罗斯海区域耦合模式能较为准确地模拟罗斯海陆架和罗斯冰架下的环流和水团的主要特征。基于该模式结果，极地海洋组对引起RSP、TNBP和罗斯海陆架盐度变化的各项因子进行诊断，首次全面量化了各物理过程对罗斯海大陆架水团盐度变化的贡献和相对重要性。这些研究结果有利于进一步了解大气、海洋、海冰和冰架等物理过程调控罗斯海陆架物理海洋环境的物理机制。

该研究成果于2023年3月21日发表于 Journal of Geophysical Research: Oceans，题目为“The salinity budget of the Ross Sea continental shelf, Antarctica” （原文DOI：10.1029/2022JC018979）。南方海洋实验室前沿研究中心极地海洋组首席研究员王召民教授、极地海洋组刘成彦副研究员为文章通讯作者，河海大学博士研究生晏量军为文章第一作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金专项项目、南方海洋实验室创新团队建设科研经费和南方海洋实验室自主课题的支持。