加拿大海盆東南部錨定觀測雙擴散階梯的時間演化研究

屈玲，宋雪瓏，周生啟

（1.中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室，廣東廣州510301；2.中國科學院大學，北京100049）

加拿大海盆東南部錨定觀測雙擴散階梯的時間演化研究

屈玲1，2，宋雪瓏1，2，周生啟1*

（1.中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室，廣東廣州510301；2.中國科學院大學，北京100049）

加拿大海盆上層，分布著高溫高鹽的大西洋水和相對低溫低鹽的鹽躍層下部水，兩水團之間形成一系列的雙擴散階梯。通過分析2005年8月-2011年8月期間的錨定潛標數(shù)據(jù)，對雙擴散階梯和這兩種水團之間的相互作用進行研究?；诠潭}度范圍的方法，在鹽度廓線中識別階梯結構，在鹽度34.45～34.83范圍內，獲取18個階梯結構，并研究階梯的參數(shù)。發(fā)現(xiàn)雙擴散階梯的位溫主要受與其接近的水團的影響，同時也受其相鄰的階梯生成或消亡的影響，大西洋水對其上方的雙擴散階梯和鹽躍層下部水起到加熱作用；而鹽躍層下部水的深度變化主導著大西洋水和雙擴散階梯的深度變化。兩個相鄰的階梯具有一致的位溫和深度變化趨勢。通過經驗公式，估計大西洋水通過雙擴散階梯向上傳輸?shù)臒嵬繛?.05～0.6 W/m2，且由下至上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。最后，估算由雙擴散造成的垂向渦擴散系數(shù)為3×10-6～3.3×10-5m2/s，且由下至上呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。

加拿大海盆；雙擴散階梯；水團

屈玲，宋雪瓏，周生啟.加拿大海盆東南部錨定觀測雙擴散階梯的時間演化研究［J］.海洋學報，2015，37（1）：21—29，doi.10.3969/ j.issn.0253-4193.2015.01.003

Qu Ling，Song Xuelong，Zhou Shengqi.Temporal evolution of mooring-based observations of double diffusive staircasesin the southeast Canada Basin［J］.Haiyang Xuebao，2015，37（1）：21—29，doi.10.3969/j.issn.0235-4193.2015.01.003

1　引言

高溫（位溫大于0℃）高鹽（約35）的北大西洋水（Atlantic Water，AW）通過弗拉姆海峽（Fram Strait）和巴倫支海（Barents Sea）進入北冰洋，流經歐亞海盆進入加拿大海盆［1］，廣泛分布在300～550 m深度范圍內，對北冰洋的熱鹽平衡起著重要的作用。在高溫高鹽的大西洋水上方，是低溫低鹽的鹽躍層下部水（Lower Halocl ine Water，LHW）。通常情況下，LHW表征為鹽度34.1的水團［2］。由于海水溫度和鹽分在分子尺度上的熱擴散系數(shù)（κT≈10-7m2·s-1）大于鹽擴散系數(shù)（κS≈10-9m2·s-1），且兩者對海水密度梯度具有相反的作用，由此引起的對流運動，叫做雙擴散對流。當?shù)蜏氐望}水在高溫高鹽水之上時，易于生成雙擴散階梯［3］，多發(fā)生在北冰洋等海域［4—5］。雙擴散的主要特征是其溫鹽廓線具有階梯狀結構，階梯由溫鹽基本均勻的混合層和溫鹽梯度較大的界面組成（通常情況，混合層的厚度遠遠大于界面的厚度，因此在后面的討論中，通過分析混合層的性質來研究階梯的特征）。加拿大海盆中，低溫低鹽的LHW位于高溫高鹽的AW之上的垂向分布，導致兩水團之間產生雙擴散現(xiàn)象。

雙擴散階梯是加拿大海盆的水文結構特性之一。AW通過雙擴散階梯向上輸運熱量和鹽分，對北冰洋水體有著重要的影響，前人對其進行了深入的探討。1969年，Neal等［6］發(fā)現(xiàn)在加拿大海盆300～350 m范圍內，存在厚度為2～10 m的均勻階梯。在1987年，Padman和Dillon［7］應用微結構剖面儀對加拿大海盆南部的階梯進行觀測，發(fā)現(xiàn)在320～430 m深度范圍內的階梯更明顯，且其階梯厚度約為1～2 m，通過階梯向上輸送的熱通量在0.02～0.1 W/m2范圍內。2008年，Tim mermans等［8］對冰基剖面儀（Ice-Tethered Profiler，ITP）2004-2007年期間在加拿大海盆內的測量數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)階梯出現(xiàn)在200～300 m范圍內，單個階梯的厚度約為1 m，但在水平方向上延伸了數(shù)百千米，階梯向上輸送的熱通量在0.05～0.3 W/m2范圍內。2012年，Polyakov等［9］通過分析2003-2004年期間在拉普捷夫海陸坡（Laptev Sea slope）的高分辨率錨碇點溫鹽數(shù)據(jù)，研究了6個明顯且長期存在的階梯，這6個階梯的深度為140～350 m，并對AW暖核上方的4個階梯向上輸運的熱量進行估計，約為8 W/m2。在2004年的2月和8月，兩股AW的強暖流流經錨碇點，在此過程中，階梯仍保持其自身特性不變。趙倩和趙進平［10］通過分析中國第三次北極科學考察的溫鹽深儀數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)雙擴散階梯的深度在空間上存在差異，其垂向熱通量約為0.05～0.22 W/m2。2014年，Lique等［11］對加拿大海盆內2003-2011年期間的錨碇數(shù)據(jù)進行分析，通過垂向渦擴散系數(shù)的參數(shù)化，計算AW通過階梯向上輸運熱量平均為0.1～0.2 W/m2。

這些研究表明，雙擴散是影響北冰洋內部熱通量輸送重要機制［9］，然而，很少有人關注雙擴散階梯隨時間具有怎樣的變化規(guī)律，以及雙擴散階梯與其上下水團之間的聯(lián)系。本研究認為，上下水團的變化，對其會有重要的影響，這也是本研究的初衷。在本文中，首先對錨碇站位處的AW、LHW和兩者之間18個階梯中的4個階梯在位溫和深度方面進行對比，以得到水團和雙擴散階梯之間的聯(lián)系；最后估算了錨碇站位處，AW通過雙擴散階梯向上傳輸?shù)臒嵬?，并評估了雙擴散所造成的有效渦擴散系數(shù)。

2　觀測數(shù)據(jù)和方法

2003年8月-2013年8月，伍茲霍爾海洋研究所通過波弗特環(huán)流觀測系統(tǒng)（Beaufort Gyre Observing System，BGOS）項目，在加拿大海盆內部設4個錨碇站位（圖1）。這4個站位分別記為A、B、C和D，且每個站位的潛標均配置包括麥克萊恩錨碇剖面儀（McLane Moored Profiler，MMP）在內的儀器設備。MMP集成了溫鹽深探測儀（Conductivity，Temperature and Depth Recorder，CTD）和二維聲學海流計（2-DAcoustic Current Meter，ACM），以25 cm/s的垂向速度、1 Hz的采樣頻率進行數(shù)據(jù)的采集。CTD的溫度探頭分辨率為0.01℃，鹽度探頭分辨率為0.02，ACM的測量精度為采集數(shù)據(jù)的3%，分辨率為±0.01 cm/s，MMP數(shù)據(jù)的前期處理詳細過程可參見Krishfield R等人所做的技術報告《BGFE2003-2004 MMPEMCTDand ACMData Processing Procedures》（未發(fā)表，可在http：//w w w.whoi.edu/page.do？pid =66566中下載）。本文中對D錨碇站位的MMP數(shù)據(jù)進行分析討論，數(shù)據(jù)的采集時間、位置以及廓線數(shù)目等信息如表1所示，在2005年8月29日-2011年8月11日期間，MMP總共采集1 896個廓線，經過前期處理后的數(shù)據(jù)垂向分辨率為2 m，測量深度范圍為60～2 000 m，廓線之間的采樣時間間隔為6 h和48 h（MMP下潛與上浮時間間隔為6 h，上浮后與下次下潛的時間間隔為48 h）。每年8月，回收MMP，導出數(shù)據(jù)并對儀器進行校正，精確的站位位置會有所變動，表1中的站位位置精確至度。

圖1　北冰洋加拿大海盆地形及觀測站位分布Fig.1 Map of the Canada Basin in the Arctic Ocean and mooring locations

基于階梯內的鹽度相對更加均勻且隨時間變化較小的特性，在溫鹽階梯識別時，我們應用固定鹽度范圍的方法。首先，對連續(xù)5 d采集的鹽度廓線進行概率密度（PDF）分析，每個階梯的鹽度最可幾值對應著PDF曲線中的每個峰值，例如，識別1號階梯時，取其對應的峰值Sp1，在Sp1±0.002 7范圍內的鹽度，都判定為處于該階梯內。在同一廓線內，取該階梯內的鹽度平均值作為該階梯的鹽度S，類似的，可以得到階梯的位溫T，深度Z，厚度H。

表1　D錨定站位處MMP數(shù)據(jù)說明Tab.1 Data description of MMPprofiles of mooring location D

為了檢驗階梯的準確性，我們在D錨碇站位111 k m范圍內，對相同時間段的冰基剖面儀數(shù)據(jù)進行分析（所用冰基剖面儀是由伍茲霍爾海洋研究所開發(fā)，通過在漂流的浮冰上下放溫鹽深儀，對北冰洋上層海水進行持續(xù)的觀測。儀器的溫度精度為0.001℃，垂向分辨率較高，為0.25 m）。通過對比發(fā)現(xiàn)，在34.4～34.85鹽度范圍內，冰基剖面儀探測到21個階梯，而MMP探測到18個階梯。其原因是由于MMP數(shù)據(jù)的垂向分辨率為2 m，無法識別到厚度小的階梯。

3　關于雙擴散階梯的討論

加拿大海盆上層由淺至深，依次分布著次表層暖水、太平洋夏季水、太平洋冬季水、LHW和AW，具有獨特的溫鹽的垂向分布，其中，次表層暖水具有季節(jié)性變化而其他水無明顯的季節(jié)變化特征［12］。

圖2為D錨碇站位典型的位溫廓線和鹽度廓線，該廓線是2005年8月29日在（74.00°N，139.98°W）處采集。在圖2a位溫廓線（灰色實線）中，50～100 m深度范圍內，出現(xiàn)局部高溫，對應著太平洋夏季水，隨著深度的增加，逐漸降溫，在200 m處達到極小值Tmin，低至-1.5℃，為太平洋冬季水的冷核，隨著深度的繼續(xù)增加，逐漸增溫，在450 m處達到極大值Tmax，高至0.6℃，為AW，在增溫的同時伴隨著階梯狀結構，從局部放大圖——圖2b中可以看到明顯的雙擴散階梯結構，位溫均勻的階梯與梯度較大的界面相間分布，隨著深度的繼續(xù)增加，位溫逐漸遞減。圖2a鹽度廓線（黑色實線）中，由表層至450 m，鹽度急劇增加，并在200～450 m范圍內，鹽度遞增的同時同樣具有與位溫廓線類似的階梯結構（見圖2b），隨著深度的繼續(xù)增加，鹽度緩慢增加。在本文的討論中，最大位溫Tmax（鹽度范圍大于34.7）處定義為AW［9］；AW上層為LHW，同KikuchiT等［13］一樣，取S=34.1處定義該水團。在圖2c中的溫鹽圖中可以看到，AW對應的鹽度約為34.8，LHW對應的鹽度為34.1。由圖2b中可以看到，雙擴散的溫鹽階梯出現(xiàn)在AW的上方，LHW的下方。

3.1AW和LHW變化對雙擴散階梯的影響

在34.4～34.85鹽度范圍內，通過前文所述的固定鹽度的判別方法，針對D錨碇站位的鹽度廓線，識別出18個階梯結構，如圖3所示。從圖中可知，D錨碇站位處的雙擴散階梯的鹽度隨時間基本保持不變，鹽度在34.45～34.6范圍內的階梯的位溫隨著時間的增加逐漸升溫，而鹽度在34.6～34.85范圍內的階梯隨著時間的增加，先逐漸升溫，又逐漸降溫。雙擴散階梯位溫隨時間的這種不同的變化，是由何種原因造成的？相鄰階梯之間是否存在關聯(lián)？下面對此進行分析。在圖4、圖5中，取LHW、AW以及平均鹽度分別為34.452、34.676、34.702和34.819的4個階梯在位溫和深度方面分別進行對比分析。

首先分析位溫的變化趨勢。圖4為位溫隨時間的變化：由上至下，依次為LHW、平均鹽度分別為34.452、34.676、34.702和34.819的4個階梯以及AW。其中，如圖3所示，平均鹽度約為34.452的階梯為識別出來的階梯中鹽度最小的階梯，即位于最上方且最接近于LHW的階梯；平均鹽度為34.819的階梯為識別出來的階梯中鹽度最大的階梯，即位于最下方且緊鄰AW。為了使位溫隨時間變化的整體趨勢更加明顯，以25 d為時間尺度，對位溫數(shù)據(jù)進行平滑。如圖4所示，2005年8月-2009年8月期間，AW呈現(xiàn)明顯的升溫趨勢，由約0.6℃上升至約0.8℃，但在2006-2007年期間，AW出現(xiàn)一次冷異常事件，位溫由約0.65℃降至約0.57℃，之后又迅速升溫；2009年8月-2011年8月期間，AW緩慢降溫，由0.8℃降至0.75℃；平均鹽度為34.819的階梯的位溫隨時間的變化趨勢與AW位溫隨時間的變化趨勢一致，兩者之間的相關系數(shù)高達0.995；平均鹽度為34.702的階梯的位溫與AW的位溫變化趨勢在2005年8月-2007年3月期間一致，在2007年3月，由于該階梯的下方有新臺階結構生成（見圖3），阻礙下側的熱量向上傳輸，致使該階梯的位溫出現(xiàn)逐漸遞減的趨勢；而平均鹽度為34.676的階梯緊鄰平均鹽度為34.702的階梯，位于其上方，位溫隨時間的變化趨勢基本一致，兩者之間的相關系數(shù)高達0.98；平均鹽度約為34.452的階梯的位溫在2005年8月-2011年8月期間，整體呈上升趨勢，且在2006-2007年間的降溫幅度明顯弱于前面分析的3個階梯，與AW的位溫變化趨勢之間的相關系數(shù)為0.678，而與LHW位溫之間的相關系數(shù)為0.818，即與LHW位溫的變化趨勢更接近。LHW在2005年8月-2011年8月期間呈現(xiàn)升溫趨勢，由約-1.10℃升至約-0.97℃，即AW通過各個階梯依次向上傳輸?shù)臒崃渴筁HW升溫。在表2中分別列舉了上述各階梯與AW和LHW之間位溫的相關系數(shù)，可以看到，越接近AW的階梯，兩者之間的位溫變化相關系數(shù)越高，其位溫變化趨勢與AW的位溫變化趨勢越相近；而上層與LHW相鄰的階梯，其位溫變化與LHW位溫變化之間的相關系數(shù)（0.818）高于與AW位溫變化之間的相關系數(shù)（0.678）。綜上所述可得，階梯的位溫變化主要受與其接近的水團的位溫變化影響。AW在維持自身升溫的同時，對其上方的階梯進行加熱作用，使其位溫呈現(xiàn)相似的變化趨勢，這也和階梯位溫與AW位溫之間的相關系數(shù)高于它們與LHW位溫之間的相關系數(shù)的結果一致。

圖2　加拿大海盆D錨碇站位典型的位溫廓線（灰色實線）和鹽度廓線（黑色實線）（a），a圖中250～550 m深度范圍內溫鹽廓線的局部放大圖（b）和溫鹽圖（c）Fig.2 Typical profi les of potential temperature（gray）and sal inity（black）at mooring location D（a），closeup of the profi les between 250 to 550 m to show the staircases（b）and the diagram of potential temperature versus sal inity（c）

圖3　D錨定站位2005-2011年間，在34.4～34.85鹽度范圍內的階梯的位溫-鹽度散點圖Fig.3 Scatter plot of potential temperature versus sal inity（34.4 to 34.85）ofthe staircasesin the double diffusive convection at mooring location Dbetween 2005 and 2011

圖4　LHW、平均鹽度為34.452、34.676、34.702和34.819的階梯和AW的位溫隨時間的變化Fig.4 Time series of potential temperatures of the LHW，four staircases and the AWcore，the sal inity of the four staircases are 34.452，34.676，34.702 and 34.819 respectively

表2　階梯位溫與水團位溫之間的相關性Tab.2 The correlation coefficients between potentialtemperture of the saircases layers and that of the AWand the LHW

圖5　LHW、平均鹽度為34.452、34.676、34.702和34.819的階梯和AW的深度隨時間的變化Fig.5 The time series of depth of the LHW，four staircases and AW，the sal inity of the four staircases are 34.452，34.676，34.702 and 34.819 respectively

再分析深度的變化趨勢。圖5為深度隨時間的變化：與圖4相同，由上至下，依次為LHW、平均鹽度分別為34.452、34.676、34.702和34.819的4個階梯以及AW暖核。如圖5所示，2005年8月-2006年8月期間，LHW逐漸變淺，由約230 m上升至215 m，隨后，又逐漸變深，至2008年，深度約為262 m，之后經歷了變淺又變深，在2011年8月，其深度約為240 m。平均鹽度為34.452的階梯其深度在255～305 m范圍內變化，隨時間的變化趨勢與LHW深度隨時間的變化趨勢一致，兩者之間的相關系數(shù)高達0.995；平均鹽度為34.676的階梯、平均鹽度為34.702的階梯，兩者的深度隨時間的變化趨勢與LHW深度變化趨勢一致，相關系數(shù)依次為0.992、0.990，且這兩個相鄰階梯的深度變化趨勢一致，兩者之間的相關系數(shù)高達0.996；而平均鹽度為34.819的階梯，其深度維持LHW深度變化趨勢，且深度在變化過程中，伴隨較多的跳躍，兩者之間的相關系數(shù)為0.958，比其他3個階梯的??；AW暖核的深度變化亦保持LHW深度變化的大趨勢，由420 m變深至450 m，加深了約30 m。在表3中分別列舉了上述各階梯與AW和LHW之間深度的相關系數(shù)：各階梯深度變化與LHW深度變化之間的相關系數(shù)均大于0.99，且高于其與AW深度變化之間的相關系數(shù)。這說明可能是上層的LHW，而不是下方的AW對方階梯結構的深度起決定性作用；Proshutinsky等［14］在相同的時間段內觀測到加拿大海盆等溫線下潛。他們推斷由于控制該海域的反氣旋北極高壓加強，導致了加拿大海盆中波弗特流渦增強，這使得?？寺槲饔眉訌姡M而引起等溫線下潛。劉國昕和趙進平［15］對北極冰下埃克曼漂流的影響深度進行了研究，指出冬季較深為70 m左右，夏季較淺為20～30 m。這也說明了?？寺槲饔糜谏蠈雍Ｑ?，水體的下潛是自上而下的，LHW深度的加深很有可能起因于由?？寺槲鸬牡葴鼐€下潛，而LHW深度的加深又造成了其下方雙擴散階梯深度的加深。

表3　階梯深度與水團深度之間的相關性Tab.3 The correlation coefficients between the depth of the staircases and that of the AWand the LHW

3.2AW通過雙擴散階梯輸運的熱通量

類似于瑞利伯納德對流中的對流環(huán)結構［16］，對雙擴散中的對流環(huán)進行定義［17］：由階梯和其上層界面的一半（為上邊界）以及其下層界面的一半（為下邊界）構成。對流環(huán)的位溫Tc、鹽度Sc、和深度hc為所包含階梯的相應參量，厚度H為上下邊界之間的距離，溫差ΔT為上下邊界之間的位溫之差，鹽差ΔS為上下邊界之間的鹽度之差。對流環(huán)的密度比率Rρ的定義為：

式中，α和β分別為熱擴散系數(shù)和鹽收縮系數(shù)。1990年，Kelley［18］根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到雙擴散熱通量公式，用以計算通過雙擴散向上輸送的熱通量FH：

式中，ρ為密度，cp為比熱，κ=1.4×10-7m/s2為分子熱擴散系數(shù)，g=9.8 m/s2為重力加速度，ν=1.8× 10-6m/s2為運動黏性系數(shù)。

由式（2）可知，對流環(huán)的溫差對熱通量的影響較大。通過與冰基剖面儀數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)有3個階梯未被識別到，這些階梯會影響其相鄰階梯的溫差評估，接下來在對流環(huán)的研究中，忽略了這些受影響的階梯。

基于式（2），可以得到通過各個對流環(huán)向上傳輸?shù)臒嵬縁H，如圖6所示。其中每個黑色散點對應對流環(huán)的熱通量和鹽度，而紅色圓點對應該對流環(huán)的熱通量最可幾值和平均鹽度。最可幾值的求解過程如下所述：例如，對平均鹽度為34.676的對流環(huán)，在2005年8月-2011年8月期間的熱通量進行概率統(tǒng)計分析，得到熱通量的概率分布圖（見圖7）。圖7中，最大概率所對應的熱通量為該對流環(huán)熱通量的最可幾值，取每個對流環(huán)的熱通量最可幾值，作為該對流環(huán)熱通量的特征值。由圖6可知，各對流環(huán)的熱通量分布范圍基本相同，約為0.05～0.6 W/m2，與Padman和Di llon［7］所評估的熱通量（0.02～0.1 W/m2）基本一致。熱通量的最可幾值在0.15～0.3 W/m2范圍內，由下至上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢（鹽度在34.45～34.8范圍內）。

圖6　對流環(huán)熱通量-鹽度散點圖Fig.6 The heat flux distribution of different convection rolls

垂向渦擴散系數(shù)表征跨等密面混合的強度，由于在加拿大海盆內，對其進行直接測量比較困難，所以實測數(shù)據(jù)較少［19-20］。Tim mermans等［8］指出，加拿大海盆內部湍流強度較弱的海域，溫鹽廓線中會出現(xiàn)階梯狀結構，表明有雙擴散現(xiàn)象發(fā)生。Merryfield［21］和Inoue等［22］認為，強混合的背景環(huán)境下，不能產生雙擴散現(xiàn)象。由此，在本文的研究中，可以認為在D錨碇站位處的背景環(huán)境中無強混合，垂向的物質交換和熱交換是由雙擴散主導的，這樣通過對流環(huán)的熱通量FHC可以得到有效的垂向渦擴散系數(shù)KT：

圖7　平均鹽度為34.676的對流環(huán)的熱通量的概率分布Fig.7 The probabi l ity distribution of heat fluxes across the convection roll at the sal inity of 34.676

D錨碇站位處的有效渦擴散系數(shù)KT如圖8所示，類似于圖6，每個黑色散點對應對流環(huán)的KT和鹽度，而紅色圓點對應該對流環(huán)的KT最可幾值和平均鹽度。KT的最可幾值的確定過程如同熱通量的最可幾值。在圖8中，KT分布在3×10-6～3.3×10-5m2/s范圍內，且隨著對流環(huán)鹽度的減小，呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；在最大鹽度的對流環(huán)中，KT的最可幾值取得最大值為2.8×10-5m2/s，在最小鹽度的對流環(huán)中，KT的最可幾值取得最小值為4.5×10-6m2/s。

4　結論

圖8　對流環(huán)有效渦擴散系數(shù)-鹽度散點圖Fig.8 Scatter diagram of effective eddy diffusivity versus sal inity of convection roll

對北冰洋中加拿大海盆內東南部錨定站位處的MMP數(shù)據(jù)進行分析，采用固定鹽度的方法，對AW和LHW之間的雙擴散階梯進行識別，取其中的4個階梯，與AW、LHW在位溫和深度方面進行對比分析。發(fā)現(xiàn)雙擴散階梯的位溫主要受與其接近的水團的影響；LHW的深度變化對AW以及兩者之間的雙擴散階梯的深度變化起著主導作用。

通過類比瑞利伯納德對流環(huán)，將雙擴散的階梯以及其上層界面的一半和其下層界面的一半視為一個對流環(huán)，計算得到D錨碇站位處向上傳輸?shù)臒嵬繛?.05～0.6 W/m2，熱通量由下至上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。這與前人的估算結果基本一致。估算得到由雙擴散造成的有效渦擴散系數(shù)約為3×10-6～3.3× 10-5m2/s，且由下至上呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。

致謝：非常感謝波弗特環(huán)流探測項目采集和提供的錨碇剖面數(shù)據(jù)。該項目的研究人員主要來自伍茲霍爾海洋研究所，以及加拿大漁業(yè)和海洋科學研究所（http：//w w w.whoi.edu/beaufortgyre）。

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Temporal evolution of mooring-based observations of double diffusive staircasesin the southeast Canada Basin

Qu Ling1，2，Song Xuelong1，2，Zhou Shengqi1

（1.State Key Laboratory of Tropical Oceanography，South China Sea Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou510301，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China）

In the upper Canada Basin，double-diffusive staircases are located between the Atlantic Water（AW）and the Lower Halocl ine Water（LHW）.The McLane Moored Profi ler（MMP）data measured from August 2005 to August 2011 at subsurface mooring stations are analyzed to explore the relationship between double-diffusive staircases and these two water masses.In the fixed sal inity interval between 34.45 and 34.83，eighteen staircases areidentified.Itis found that the potentialtemperature of staircasesis affected by their adjacent water masses and also the formation and decay oftheir adjacent staircases.Thereis hearttransferfrom the AWto the overlying staircases and the LHW，and the depth variations of the staircases and the AWare determined by the depth of the LHW.The adjacent staircases show almost the same variation trend between its potential temperature and depth.Based on the empiricalformula，the heat flux across the staircaseis estimated to be 0.05 to 0.6 W/m2.The vertical heat flux is found to gradually increase as the sal inity decreases upward.In addition，the effective vertical diffusivity，which is caused by double-diffusive convection，is estimated to be about 3×10-6to 3.3×10-5m2/s，and it gradually decreases as the sal inity decreases.

Canada Basin；double-diffusive staircase；water mass

P733.1

A

0253-4193（2015）01-0021-09

2014-03-26；

2014-05-11。

國家自然科學基金（41176027，11072253）；中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）資助（XDA11030302）；熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室自主研究項目資助（LTOZZ1304）。

屈玲（1983—），女，山東省曲阜市人，從事海洋中雙擴散的研究。E-mai l：qul ing@scsio.ac.cn

周生啟，男，研究員，主要從事深海動力學過程（熱液噴發(fā)）；海洋混合、海洋中、小和微尺度過程；湍流熱對流及復雜流體等研究。E-mai l：sqzhou@scsio.ac.cn