南极底层水约占全球海洋体积的40%，对深海储碳和全球气候变化有重要影响，其变化趋势的系列研究成果被Science列为2023年十大科学进展之一。南极近岸结冰析盐产生陆架重水，当其以重力流的形式跨陆坡流向深海时，会与背景水团混合，最终形成南极底层水。在这个过程中，重力流如何克服地转偏向力下沉到深海，以及如何与背景水团混合是决定南极底层水密度和产量的关键。

本研究收集了环南极重力流区域所有已公开的潜标观测数据，通过对比各个区域重力流的动力差异，发现潮汐和地形罗斯贝波在重力流下沉过程中起主导作用，但在不同区域两者的相对重要性不同（图1）。

图1.（a）环南极潜标观测站位；（b）威德尔海D1潜标流速和温度时间序列呈现约5天周期的地形罗斯贝波信号；（c）罗斯海WC潜标呈现全日潮信号。

结合高分辨率数值模拟，本研究发现陆坡地形控制潮汐和地形罗斯贝波的相对重要性：当地形坡度较小时，重力流激发地形罗斯贝波，并加速向深海下沉以实现重力势能向波动能的转化；当地形坡度较大时，地形罗斯贝波被抑制，此时大陆坡宽度较小，潮汐的离岸平流可以有效地把陆架重水带到深海。因此，潮汐和地形罗斯贝波都能加速重力流下沉，并减少下沉过程中与背景水团的混合，有利于形成更高密度的南极底层水。基于以上发现，本研究把环南极重力流划分为四种不同的动力形态（图2），为未来实施底层水观测计划提供了理论指导。

图2. 根据陆坡地形（a）和潮流强度（b），把环南极重力流划分为四种不同动力形态（c）。

研究成果于2024年3月6日发表于国际著名期刊Nature Communications, 题目为‘Circum-Antarctic bottom water formation mediated by tides and topographic waves’。我实验室前沿研究中心极地海洋组博士后韩显显为文章第一作者，实验室主任陈大可院士为通讯作者。合作者包括美国UCLA的Andrew Stewart教授，德国AWI的Markus Janout研究员，海洋二所刘晓辉副研究员，我实验室极地海洋组王召民教授，以及美国LDEO的Arnold Gordon教授。

本研究得到国家自然科学基金、南方海洋实验室自主科研项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46086-1（阅读论文请点击链接）