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Oceans：1947年至2023年爱琴海致密水形成变化

已有 96 次阅读 2026-4-27 23:37 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

爱琴海是地中海致密水形成 (DWF) 的高频区域，其局部形成的水团填充区域深层海盆，东地中海瞬变事件 (EMT) 期间，爱琴海更是取代亚得里亚海成为东地中海深层水主要来源，重塑了整个海盆深层水结构。克里特海中的克里特中层水 (CIW) 与黎凡特中层水 (LIW) 性质相近，却存在温度略低、盐度略高的特征，且年际变化显著。

了解爱琴海致密水形成的年际变化及向黎凡特、爱奥尼亚海盆的输水量，是研究东地中海盆地整体变化的关键。但受地形复杂、温盐梯度显著、洼地水体停留时间差异大等因素影响，爱琴海翻转过程的研究存在难点，目前也尚无覆盖其所有开阔海域与深海区域的长期 DWF 分析。希腊学者 Manos Potiris 等人于 Oceans 期刊发表相关研究，整合多源数据分析了 1947-2023 年爱琴海水文与致密水形成变化，及其与 DWF 驱动机制的关联，填补了数据匮乏时期的研究空白。

图1研究区域示意图：(a) 东地中海和 (b) 爱琴海的水深和主要地理特征。(a) 中的蓝色框对应；(b) 所示的爱琴海区域。

研究方法

本研究整合五个在线高质量温度、盐度数据集，借助 Ocean Data View v.5.6.3 软件构建分析基础，并按北部、中部、南部的常规划分开展爱琴海水文分析。同时，从哥白尼海洋服务中心下载 1993-2022 年卫星海面高度数据、1987-2022 年地中海物理分析与预报月平均海面高度场数据，开展经验正交函数分析；从气候数据存储库获取 1940-2022 年 ERA5 再分析数据，计算表层浮力通量；采用 Maderich 等人的黑海水流入相关数据，将 Δ𝜁、Q、〈𝑁〉年平均值统称为黑海水流入量，作为流量分析指标。

研究结果

2016-2023 年阿索斯盆地变化

2017、2019、2022 年阿索斯盆地出现密度大于 29.3 kg·m−3 的致密水，2020 年虽有致密水形成但强度较弱，2018、2021 年因观测数据缺失无法深入研究。2016 年该盆地水体呈典型分层结构，2017 年初冬表层大量失热引发致密水形成，改变了这一结构；2019 年的致密水形成引发水柱热盐结构最剧烈变化，深层水体停滞期被咸暖水入侵终结；2022 年致密水形成的洋流强度，导致前 400 米范围内盐度和温度显著下降。

1985 年以来爱琴海变化

1987 年北-中爱琴海各子海盆温盐特性变化差异显著，北部海盆温盐均降，中部部分海盆温降盐升，南部克里特海盆温不变盐升，但北-中爱琴海所有子海盆密度均呈增加趋势。1987 年后致密水形成持续，1992-1993 年达峰值，2002 年后各海盆最大密度呈下降趋势，仅 2006 年斯基罗斯盆地深层密度超 29.5 kg·m−3。

克里特海在 EMT 峰值后受热带海洋水体 (TMW) 入侵影响显著，1994 年首次出现该入侵，1997-1998 年逐渐消退，2001 年后新的 TMW 入侵则反映了克里特海致密水流出的补偿流。2002-2003 年北爱琴海中部 DWF 进入增长期，2008-2009 年达峰值。2017 年北-中爱琴海致密水形成，使阿索斯、斯基罗斯等海盆中间层密度增加，致密水主要经东克里特海峡流出；2019 年的致密水形成对爱琴海水文影响最大，各有数据海盆温盐均急剧上升，高密度海水经西克里特海峡流出，且此后克里特海温盐持续上升，2021 年西克里特海盆 TMW 完全消失。

2017 年后克里特海中部海沟 TMW 的侵蚀

21 世纪初以来，克里特海中部海沟 TMW 的侵蚀成因一直存在争议。研究发现，2010-2012 年 TMW 信号微弱且局限于 800 米以上深度，2012 年年中前 1000 米的 TMW 已完全侵蚀，年末新的 TMW 入侵层出现在 800 米处并持续增强至 2016 年，2015 年 TMW 占据 400-1200 米水层。2016 年末 TMW 核心盐度达最低值，2017 年后其深度逐渐增加、盐度持续上升，此过程伴随暖盐水多次入侵，且西克里特盆地浅层 TMW 侵蚀更为明显。

克里特海海水的变异性

研究识别出克里特海海水密度四次增加时期：20 世纪 70 年代初至末期、1987-1998 年、2005-2009 年、2017-2023 年。量化分析显示，CIW 的密度变化主要由温度主导，二者依赖性显著，盐度与密度呈负相关，且盐度仅在年代际时间尺度上发挥显著作用。

1985 年以前爱琴海变化

1947-1955 年北爱琴海中部发生强烈深层水流事件，峰值出现在 1948-1952 年，导致阿索斯海盆温降盐升，北、中爱琴海次级海盆在 50 年代末逐步从该事件中恢复，同时克里特海 TMW 层遭受侵蚀。1959 年东克里特海出现新的 TMW 入侵层，1963 年后信号持续增强。1972-1973 年北 - 中爱琴海出现新的 DWF 迹象，东克里特海 TMW 开始侵蚀；1975 年后的 DWF 对爱琴海所有子海盆影响显著，1977 年 TMW 完全侵蚀。1980 年后 TMW 再次入侵克里特海，此次入侵具有同步性、快速性的特征，且与黑海海水 (BSW) 流入量显著增加相关。

强迫机制的变化

1940-2022 年爱奥尼亚海环流以气旋式为主，间或出现反气旋式环流，研究识别出四个持续较长的强反气旋式环流期 (1940-1946、1953-1958、1987-1998、2005-2009 年) 和三个持续较短的弱反气旋式环流期 (1949-1950、1982-1983、2017-2018 年)，其中 1987-1998 年的反气旋环流最强且持续最久，与 EMT 基本重合。

北爱琴海中部致密水入侵会侵蚀南爱琴海 TMW 层，且 TMW 特征与盆地致密水输出强度同步成正比。BSW 入流是爱琴海 DWF 的重要驱动机制，但目前对其研究仍较匮乏，达达诺斯高频雷达系统的长期监测与数据同化，对爱琴海环流预测和浮力收支研究具有重要意义。

研究总结

本研究整合多源数据，系统分析了 1947-2023 年爱琴海致密水形成变化，得出核心结论：2017-2022 年爱琴海致密水生成量显著增加，克里特深层中间水因大气环流 “跷跷板式” 变化几乎每两年形成一次；2019-2023 年爱琴海上层、中层水体盐度创历史新高，此时 BSW 流入量极低，凸显了其对爱琴海盐度平衡的重要作用；北爱琴海中部高密度水体入侵加剧南爱琴海 TMW 层侵蚀，且二者变化具有同步性；CIW 密度变化主要由温度主导，盐度的驱动作用主要体现在北爱琴海中部，且北部高密度水体入侵可能抬升克里特海中层水体；EMT 高峰期，北爱奥尼亚环流、BSW 入流、大西洋多年代际振荡及表层浮力通量，均为爱琴海致密水形成提供了有利条件。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2673-1924/5/3/35