导  读

在月球和太阳引力作用下，海水呈现周期性的涨落，白天为潮，夜间称汐，总称“潮汐”。潮汐对南极近海有显著影响，南极陆架海域漂浮着巨大的冰架，冰架随着潮涨潮落与海洋相互作用，共同调控环南极的洋流和水团。南极冰架融化能影响全球海平面的上升，对人类沿海经济和安全造成威胁。因此，深入研究南极潮汐的特征及其影响有利于理解复杂的极地气候系统和全球海平面上升趋势。

普里兹湾是南极第三大海湾，拥有最深的冰架-埃默里冰架。基于潜标阵列和冰架上热水钻钻孔获得的观测数据，本文研究了这里潮流的时空特征及其对埃默里冰架的影响，相关研究成果于近日在Science合作期刊Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 上发表。

目前，该文已被全球最大科技新闻发布平台优睿科(EurekAlert!)、世界科技研究新闻信息网(Phys.org)、欧洲新闻通讯社(Europa Press)等11家国际媒体源引报道，推特用户曝光量超102万，社交媒体关注指数在其评分的所有研究成果中排名前5%，在国际上引起了广泛的学术影响力。

研究结果

潮汐可以显著影响南极近海的环流和水团特征, 但是南极普里兹湾的潮流特征及其影响尚未被阐明。本研究基于10套潜标观测的海洋流场数据，分析了普里兹湾潮流的三维时空特征，作者还使用埃默里冰架上的6套热水钻观测数据，评估了潮汐对埃默里冰架底部融化率的贡献（图1）。

图1  源自RTopo-2的普里兹湾海底地形（米） 。右下插图中红色方框表示普里兹湾在南极的地理位置。绿色方形表示潜标的站位，中国的潜标站位标记为C1和C2，澳大利亚的站位标记为PBM1-PBM8。白色十字表示热水钻观测站位，标记为AM01-AM06。白色实线表示埃默里冰架前缘。

潜标观测数据表明普里兹湾的潮汐是全日潮和半日潮的混合型，并且具有显著的季节性特征。正压潮在埃默里冰架前缘占据主导地位，但是冰架前缘西部有明显的内潮发生（图2的PBM7站位），这与当地冰架前缘厚度和海床深度的突变密切相关。时空平均的潮流场普遍较弱，但埃默里冰架前缘也观测到了相对较强的11 cm s-1 潮流。

图2  冰架前缘潜标站位所观测到的潮汐椭圆（A）M2分潮，（B）S2分潮，（C）K1分潮，（D）O1分潮。潮汐椭圆的颜色表示海流计所处的水深（米），灰色实线表示CATS2008所模拟的正压潮汐椭圆，灰色虚线表示由观测数据计算出的深度平均正压潮汐椭圆。

作者基于热水钻所观测的冰腔内温盐数据，在冰架-海洋边界内发现了潮汐震荡信号，这正是潮流局地混合所留下的痕迹（图3）。

图3  蓝线表示热水钻在埃默里冰腔内所观测到的温度（A，C，E和G）和盐度（B，D，F和H）时间序列的功率谱，红线表示95%置信区间。温盐信号的功率谱捕捉到了潮汐留下的痕迹。

由于冰腔内流场观测数据的缺失，无法直接计算出潮汐对冰架底部质量平衡的影响。所以我们改造了冰架底部融化率的计算公式，并借助部分数值模拟结果，来评估潮汐对埃默里冰架底部融化率的影响，诊断结果表明潮汐对埃默里冰架底部融化的贡献最高可达69%（图4）。受限于稀缺的观测数据，我们可能高估了潮汐的贡献，但使用冰架前缘的流场进行辅助评估，潮汐的最高贡献也可达44%。

图4  在热水钻站位处（AM02–AM06）潮流对埃默里冰架底部融化率的贡献（紫色）和余流的贡献（青色）。各个站位上标记的数值表示潮汐的时间平均贡献率, 括号内的数值表示基于埃默里冰架前缘观测流场数据进行的辅助评估数值。

总结与展望

得益于长期的南极现场观测和数值模式的发展，本文进一步认识了南极埃默里冰架质量平衡过程。尽管现场观测的实施受限于南极严苛的自然环境，但是依然需要开展长期的、系统的多圈层观测平台建设，来降低评估南极冰盖和冰架质量平衡过程的不确定性。高分辨率的区域海洋-海冰-冰架耦合模式有利于研究南极气候系统，但是潮汐过程并未全部被引入这些区域数值模式。引入潮汐的数值模拟，将有利于更加准确地分析冰架底部冻融过程，进而深入理解南极冰盖质量损失对全球海平面上升的影响。

原文链接：https://doi.org/10.34133/olar.0020

文章标题：

Observed Tidal Currents in Prydz Bay and Their Contribution to the Amery Ice Shelf Basal Melting

文章作者：

Chengyan Liu, Zhaomin Wang, Xi Liang, Xiang Li, Chen Cheng, Yang Wu, Yu Liu, Xiaojun Yuan, and Xiaoyong Yu

文章摘要：

Tides play a key role in regulating the circulation and water properties around Antarctica, yet tidal currents and the corresponding influences in Prydz Bay have not been quantified with observational data sets. This study focuses on the observed characteristics of tidal currents and quantifies the tidal contribution to the basal melting of the Amery Ice Shelf (AIS). Long-term hydrography observations are provided by 10 moorings over the continental shelf and 6 borehole sites drilled through the AIS. Based on the mooring observations, we analyze the observed tidal currents, and significant seasonality in the mixed diurnal–semidiurnal tidal currents is identified. Barotropic tides dominate the tidal currents at the AIS front, except at the western corner where the seabed is abruptly deeper. The spatially and temporally averaged magnitude of tidal currents for all the current meter records is only ~3 cm s-1. However, an observed maximum tidal velocity of ~11 cm s-1 occurs at the AIS front, and the maximal time-averaged tidal kinetic energy reaches ~31% of the total kinetic energy over the outer continental shelf. Based on the borehole observations, tide-like pulsing is identified in the ocean layer adjacent to the AIS basal surface. The maximal tidal contribution of the AIS basal melting is estimated at 69% based on a simple model. Due to the paucity of long-term velocity observations in the sub-ice-shelf cavity, the uncertainties of the estimated tide-induced melting in this study could be attributed to the simulated velocity.

文章引用：

Liu C, Wang Z, Liang X, Li X, Cheng C, Wu Y, Liu Y, Yuan X, Yu X. Observed Tidal Currents in Prydz Bay and Their Contribution to the Amery Ice Shelf Basal Melting. Ocean-Land-Atmos Res. 2023;2:Article 0020. https://doi.org/10.34133/olar.0020

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版，入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目，海洋负排放国际大科学计划（Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE）指定的唯一学术出版合作平台，已被全球最具影响力的开放存取期刊目录DOAJ（Directory of Open Access Journals）数据库收录。本刊以海洋相关学科为重点，刊稿主题包括但不限于：海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。OLAR 投稿系统目前已正式开放，热烈欢迎相关研究领域科学家踊跃投稿。分享卓见，探索前沿，OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现，共享学术盛筵！

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