近日，上海交通大学海洋学院长聘副教授张召儒在Nature杂志子刊Nature Communications发表了题为“Evidence for large-scale climate forcing of dense shelf water variability in the Ross Sea”的研究论文。张召儒为论文第一作者兼通讯作者，合作者包括上海交通大学海洋学院博士生谢川、博士毕业生王小乔、王楚宁博士、周磊教授和周朦教授，意大利墨西拿大学Pasquale Castagno助理教授，澳大利亚新南威尔士大学Matthew England教授，美国欧道明大学Michael Dinniman研究员，英国南安普顿大学Alessandro Silvano研究员，中国科学院大气物理研究所李熙晨研究员以及意大利帕萨诺普大学Giorgio Budillon教授。上海交通大学海洋学院为第一完成单位。

南极罗斯海是全球大洋底层水——南极底层水（AABW）的重要发源地。AABW主要起源于南大洋的冰间湖区域，其前身——高密度陆架水（DSW）由冰间湖和陆架海区的产冰-析盐-深对流过程驱动形成。罗斯海近岸的特拉诺瓦湾冰间湖（中国南极秦岭站所在地）、罗斯冰架冰间湖以及陆架海区生成的DSW对全球AABW产量的贡献率可达20%-40%。冰间湖的气-冰-海耦合过程对于DSW的形成具有重要的调控作用，而这些过程的变化又可能同大尺度气候模态存在潜在关联。过去研究揭示了南大洋规模较大的外海冰间湖（如威德尔海冰间湖）形成同主要气候模态的关联，而关于规模相对较小、但对DSW生成作用更为显著的近岸冰间湖具有怎样的长期变化规律和气候调控机制，目前尚未有清晰的认识。厘清近岸冰间湖气-冰-海过程变化的气候调制因素与机理，对于准确预测未来气候情景下DSW和AABW产量的变异规律及其对大洋经向翻转环流的影响具有重要意义。

本研究基于张召儒牵头团队发展的南极罗斯海-阿蒙森海高分辨率海洋-海冰-冰架耦合模式、团队同意大利开展国际合作获取的多年潜标观测资料、卫星遥感资料等多源数据，发现在2000-2014年期间，罗斯海特拉诺瓦湾冰间湖的离岸风强度同南半球中高纬度气候变化的主导模态——南半球环状模（SAM）在年际变异上存在显著关联。该时段影响罗斯海大气场的气候态低压系统——阿蒙森低压（ASL）向东移动，减弱了对罗斯海风场的影响。2000-2014年，当SAM向正位相发展时，西风的加强和主轴的南移会增强特拉诺瓦湾冰间湖的离岸风，导致冰间湖范围扩大、产冰速率增加。进一步结合潜标观测数据和模式模拟结果，以上过程的变化使得冰间湖底层DSW的盐度和密度增加，表征SAM处于正位相时DSW产量的增加；统计分析表明DSW产量的年际变化同SAM也呈现显著的正相关关系（图1）。

图1：2000-2014时段存在潜标观测的年份（a-g）特拉诺瓦湾底层DSW盐度在各年（按SAM指数由低至高排列））的时间序列以及（h）DSW的显著生成季该水团盐度/密度的变化量随SAM变化（年份按SAM指数由低至高排列）的关系。

图2：基于数值敏感性试验得到的SAM增加及减小1个标准差背景下，罗斯海大气场、冰间湖产冰量、DSW厚度和AABW厚度的变化值。

DSW在冰间湖区域生成后，会沿着罗斯海陆架的深海槽运动至陆坡，之后跨陆坡下沉至大洋底部形成AABW。罗斯海西北陆坡区是特拉诺瓦湾冰间湖生成的DSW向大洋输送的关键通道。通过分析该区域的多年模式结果，本研究发现陆坡区DSW厚度的年际变化同SAM之间同样存在显著正相关。研究进一步开展了数值敏感性试验，用以验证和揭示SAM影响冰间湖产冰和DSW生成的作用及机制。试验结果（图2）表明，SAM增加（减小）1个标准差能够导致特拉诺瓦湾冰间湖的离岸风增强（减弱），罗斯冰架冰间湖的气温降低（升高），进而两个冰间湖的产冰量显著增加（减少），最终使得罗斯海陆架区域生成的DSW厚度增加（减少）20-50 m，罗斯海外侧的南大洋扇区AABW厚度增加（减少）100-200 m（过程和机制示意图见图3）。根据CMIP5和CMIP6的预估结果，SAM到本世纪末呈现持续向正位相发展的趋势，同时阿蒙森低压存在东移的趋势，这些变化将进一步减弱阿蒙森低压对罗斯海大气场的影响，加强SAM对该区域冰间湖大气场和DSW生成的作用。因此，本研究结果将为利用SAM变化趋势的预估结果来实现对罗斯海DSW和AABW产量变化的预估提供重要依据。此外，SAM向正位相发展的未来趋势会增加罗斯海冰间湖的产冰量和DSW产量，从而对当前由阿蒙森海冰架加速融化及融水向罗斯海输入所导致的DSW产量减少趋势起到减缓乃至逆转的作用。

图3：SAM影响罗斯海DSW产量及南大洋太平洋扇区AABW产量变异的机制。

本研究由国家重点研发计划项目（2022YFC2807601）、国家自然科学基金极地专项项目（41941008）、上海市国际科技合作项目（20230711100）、上海市启明星计划项目（21QA1404300）和上海交通大学基础研究特区计划（21TQ1400201）等共同资助完成。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52524-x