李化，李丙瑞，郭曉嘉，3，席穎，陳超

（1.上海海洋大學(xué) 海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海201306；2.中國(guó)極地研究中心（中國(guó)極地研究所），上海 201209；3.太原理工大學(xué) 電氣與動(dòng)力工程學(xué)院，山西 太原 030002）

目前，極地海洋水團(tuán)、環(huán)流、物質(zhì)能量交換過(guò)程及其與全球氣候變化的互饋關(guān)系是國(guó)際極地科學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一[1-3]。南極是全球氣候變化的關(guān)鍵區(qū)和敏感區(qū)，南大洋對(duì)全球大洋環(huán)流有著重要的影響[4-6]。宇航員海（Cosmonaut Sea）位于威德?tīng)?恩德比盆地中，東北緊鄰凱爾蓋朗高原，東部為伊麗莎白公主地，是極地環(huán)流的一個(gè)重要交匯點(diǎn)[7]。

宇航員海是南極重要的邊緣海之一，其范圍東西方向約為32°E－62°E，南北方向從62°S 一直到南極陸架。宇航員海海域在動(dòng)力過(guò)程上非?；钴S，具有大規(guī)模的緯向和經(jīng)向海洋環(huán)流結(jié)構(gòu)[8-9]、海冰的年度生消[10]以及明顯的季節(jié)性表層水團(tuán)轉(zhuǎn)換[11-12]。宇航員海海域廣泛分布著一年冰，受到局地的中小尺度海-氣界面過(guò)程直接影響季節(jié)變化強(qiáng)烈[13]，季節(jié)性混合層明顯[14]，強(qiáng)烈的上升流給漁業(yè)資源帶來(lái)了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[15]。

南大洋氣候環(huán)境惡劣，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)難度大，很少有大規(guī)模的跨學(xué)科綜合調(diào)查，相比其他海域宇航員海的考察更少。直到2006 年，澳大利亞聯(lián)合日本等國(guó)家首次在西南印度洋（30°E－80°E）開(kāi)展了BROKE-WEST（Baseline Research on Oceanography，Krill and the Environment-West）的跨學(xué)科綜合調(diào)查[16]。除了以磷蝦與鯨類為基礎(chǔ)的生態(tài)資料，該調(diào)查收集了海流、溫度、鹽度、溶解氧與葉綠素等環(huán)境要素，為該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和自然環(huán)境的相互作用全面分析提供了較豐富的信息。

早期已有學(xué)者對(duì)宇航員海水團(tuán)特性、環(huán)流、海冰生消等物理過(guò)程及其生態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了分析研究。Williams 等[17]根據(jù)BROKE-WEST 調(diào)查資料分析了宇航員海海域內(nèi)陸架陸坡和上升區(qū)表層的大規(guī)模環(huán)流、水團(tuán)與鋒面，表層環(huán)流與全深度環(huán)流相匹配，除了北部的南極繞極流（Antarctic Circumpolar Current，ACC）和南部沿大陸坡的南極陸坡流（Antarctic Slope Current，ASC），在南極繞極流邊界以南還有兩個(gè)亞極地環(huán)流——威德?tīng)柇h(huán)流東部延伸體（約50°E 以西）和規(guī)模更大的普里茲灣環(huán)流（約60°E 以東）。Meijers 等[16]分析了宇航員海海域內(nèi)大規(guī)模、全海洋深度的環(huán)流和水體輸運(yùn)，指出威德?tīng)柇h(huán)流東部延伸體在該海域西部（30°E－50°E）之間的環(huán)流中占主導(dǎo)地位，南極繞極流從北部延伸至該海域東部（50°E 以東），并估算出緊靠大陸架的南極陸坡流輸運(yùn)量約15.8±7.4 Sv。宇航員海會(huì)周期性出現(xiàn)大型冰間湖，海面風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的上升流在冰間湖的產(chǎn)生和維持過(guò)程中非常重要[18-19]，風(fēng)場(chǎng)的輸入使得大尺度季節(jié)性混合層由西向東逐漸變深，同時(shí)也影響著漁業(yè)資源[17]。Westwood 等[20]計(jì)算了該海域的初級(jí)生產(chǎn)力，Anilkumar 等[21]分析了該海域物理過(guò)程的生物響應(yīng)，區(qū)域環(huán)流與表層生物生產(chǎn)力的分布密切相關(guān)[22]。

綜合前人研究，對(duì)東南極宇航員海的認(rèn)知較為有限，尤其是宇航員海水文結(jié)構(gòu)的年際變化特征，這源于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的匱乏。本文利用我國(guó)第37次與38次南極考察在宇航員海獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合衛(wèi)星遙感和再分析資料等，分析了夏季該海域主要水文結(jié)構(gòu)及其變化特征等，期望能獲得對(duì)該海域水文結(jié)構(gòu)的更深刻認(rèn)知，并為相關(guān)研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文所采用的觀測(cè)資料為中國(guó)南極科學(xué)考察（CHINARE 37-38）在宇航員海海域獲取的CTD數(shù)據(jù)（站位圖如圖1，后文中東西部海域以52°E為界），CHINARE-37與CHINARE-38海洋綜合站位觀測(cè)時(shí)間分別為2021年1月1－28日、2022年1月27日至2月26日，CHINARE-37共34個(gè)觀測(cè)站位，CHINARE-38共54個(gè)觀測(cè)站位。

圖1 中國(guó)南極科學(xué)考察CHNNARE37-38宇航員海站位分布圖

本文采用美國(guó)海洋資料中心（NDOC）提供的WOA23（World Ocean Atlas 2023，https:∕∕www.ncei.noaa.gov∕） 氣候態(tài)溫鹽數(shù)據(jù)，選用了自1991－2020年的月均溫鹽氣候態(tài)資料。

海冰密集度（Sea Ice Concentration，SIC）采用不萊梅大學(xué)提供的AMSR2 數(shù)據(jù)（https:∕∕seaice.uni-bremen.de∕data），其空間分辨率為6.25 km×6.25 km，本文選取了考察期間的每日海冰密集度數(shù)據(jù)，計(jì)算各航次每周的平均海冰密集度。

此外，本文采用了歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECWMF） 提 供 的ERA5 （https:∕∕cds.climate.copernicus.eu∕）再分析資料。選用了考察期間逐日的短波輻射、長(zhǎng)波輻射、感熱、潛熱、海平面氣壓、風(fēng)場(chǎng)與風(fēng)應(yīng)力旋度等，并計(jì)算月平均場(chǎng)。

海表熱量交換包括長(zhǎng)波輻射、短波輻射、感熱通量與潛熱通量等[23]。本文通過(guò)下述公式計(jì)算海表凈熱通量（QN）：

式中：QSN為凈短波輻射，QBN為凈長(zhǎng)波輻射，LE和HS分別為海面潛熱通量LE和感熱通量HS，其中QBN、LE和HS為正時(shí)表示海洋損失熱量，QN和QSN為正時(shí)表示海洋獲得熱量。

2 宇航員海夏季水文結(jié)構(gòu)特征

基于前人的研究成果，對(duì)宇航員海海域的水團(tuán)性質(zhì)及分布已有初步了解。我們通常通過(guò)水文特性來(lái)識(shí)別水團(tuán)，宇航員海海域內(nèi)發(fā)現(xiàn)的水團(tuán)主要包括南極表層水（夏季可分為夏季表層水與冬季殘留水）[24]，繞極深層水，變性繞極深層水和南極底層水（表1）。

表1 水團(tuán)的邊界溫度和鹽度值

2.1 水團(tuán)特征

圖2 為第37、38 次南極考察期間宇航員海海域CTD 觀測(cè)數(shù)據(jù)的θ-S點(diǎn)聚分布圖，可以看出該海區(qū)主要水團(tuán)可分為4類。

圖2 宇航員海θ-S點(diǎn)聚分布圖

1.南極表層水（-1.90 ℃＜θ＜2.00 ℃，33.00＜S＜34.50），按照其溫鹽性質(zhì)，可以將表層水分為：夏季表層水與冬季殘留水。夏季表層水（-1.50 ℃＜θ＜2.00 ℃，S＜34.20）具有高溫低鹽的特性。受到夏季融冰、太陽(yáng)輻射和大氣強(qiáng)迫等因素影響，夏季表層水溫度范圍大、鹽度低，在θ-S 圖中分布較為分散。隨著表層輻射增強(qiáng)，夏季表層水溫度整體上升，夏季風(fēng)速較小，混合深度較淺，夏季表層水往往分布在50 m 深度以上，溫度在-1.50 ℃以上。2 個(gè)航次觀測(cè)到的大部分夏季表層水溫度低于0 ℃，CHINARE-38 的夏季表層水較CHINARE-37 更暖，其溫度最高可到1.14 ℃。 CHINARE-37 夏 季表層 水鹽度 較CHINARE-38 低，最低達(dá)到33.00。冬季殘留水（-2.00 ℃＜θ＜-1.50 ℃，34.20＜S＜34.50）位于夏季表層水薄層之下，保持著冬季水團(tuán)的溫鹽性質(zhì)，其水團(tuán)核心溫度低于-1.50 ℃，鹽度低于34.50。冬季殘留水的空間性質(zhì)分布與區(qū)域季節(jié)性變暖與降溫、風(fēng)力強(qiáng)度、季節(jié)性海冰進(jìn)退和環(huán)流密切相關(guān)。CHINARE-37 觀測(cè)到的冬季殘留水性質(zhì)與CHINARE-38 類似，2 個(gè)航次冬季殘留水的最低溫度均接近-1.82 ℃，CHINARE-37 中鹽度約為34.20～34.37，CHINARE-38 鹽度最高可達(dá)34.41。

2.繞極深層水（0.50 ℃＜θ＜2.00 ℃，34.50＜S＜34.75）。繞極深層水是宇航員海海域內(nèi)體積最大的一個(gè)水團(tuán)，其在θ-S 圖中呈現(xiàn)拋物線狀分布，表現(xiàn)為高溫、高鹽的特征，是整個(gè)海域內(nèi)溫度最高的水團(tuán)。繞極深層水分布在200 m 以深，溫鹽性質(zhì)表現(xiàn)比較穩(wěn)定，鹽度隨著深度增大而略微增加。西部海域（50°E 以西，63°S 以北）的繞極深層水核心溫度（1.60～1.82 ℃）低于東部海域（50°E 以東，63°S 以北）的繞極深層水核心溫度（1.70～1.91 ℃）。

3.變性繞極深層水（-1.50 ℃＜θ＜0.50 ℃，34.20＜S＜34.70）是繞極深層水在涌升過(guò)程中與冬季殘留水混合而形成的過(guò)渡性水團(tuán)，θ-S圖中變性繞極深層水的溫鹽特性介于向上涌升的繞極深層水與冬季殘留水之間。

4.南極底層水（-0.80 ℃＜θ＜0.00 ℃，S＞34.60），位于3 000 m 深度以下海域底層，2 個(gè)航次中均觀測(cè)到了南極底層水的存在，該水團(tuán)來(lái)自相鄰海域的達(dá)恩利角底層水。其溫度隨著深度的增加緩慢降低，CHINARE-37 觀測(cè)到的南極底層水近海底處溫度降至-0.70 ℃左右，鹽度約為34.60～34.70，CHINARE-38 因大部分觀測(cè)站位深度受限在1 000 m 以上，觀測(cè)到的南極底層水有限深度最低為3 500 m左右，溫度約-0.47 ℃。

2.2 水文結(jié)構(gòu)變化特征

為了解宇航員海海域夏季的水文結(jié)構(gòu)，從CHINARE37-38 航次中，分別取了3 個(gè)代表性經(jīng)向斷面（45°E、50°E、60°E）。其中CHINARE-38部分站位因?yàn)橛^測(cè)受限，觀測(cè)深度只到1 000 m 附近，僅在45°E 斷面有3 個(gè)站位、50°E 斷面有2 個(gè)站位、60°E斷面有1個(gè)站位采樣深度到達(dá)海底。

CHINARE-37 的45°E 斷面30 m 以淺為溫度在-0.50 ℃以上的夏季表層水，溫度會(huì)隨著深度增加而降低，其下30～200 m 深度內(nèi)廣泛分布著低溫的冬季殘留水，在圖3（a）中64°S 以南的冬季殘留水均超過(guò)150 m，靠近大陸架區(qū)域的冬季殘留水最深可達(dá)400 m；64°S 以北中心海域內(nèi)的冬季殘留水受到表層升溫與繞極深層水涌升的影響，其厚度僅十幾米且核心溫度比陸架區(qū)域要高約1.00 ℃。45°E 斷面上出現(xiàn)兩個(gè)暖核：近陸架區(qū)域暖核位于65.60°S－66.30°S 深度280 m 附近，中心溫度可達(dá)1.32 ℃；南極表層水與繞極深層水間有明顯的溫鹽界面，其在中心海域的界面比近陸架區(qū)的界面要淺約100 m。45°E 這一斷面的繞極深層水溫度和鹽度比東部60°E 的更低（圖5（a），圖5（b）），在θ-S散點(diǎn)圖中也可以找到相關(guān)證據(jù)。

圖3 45°E斷面溫鹽分布圖（CHINARE37-38）

CHINARE-38 表 層 水 體 較CHINARE-37 升 溫明顯，中心海域表層溫度普遍高于0.40 ℃，在64°S處表層溫度最高達(dá)1.13 ℃；CHINARE-38 近陸架區(qū)域表層鹽度偏低。CHINARE-38 的殘留冬季水明顯更暖更薄，來(lái)自東部的溫暖變性繞極深層水不斷涌升并與上層水體混合。CHINARE-38 的45°E斷面同樣可以觀測(cè)到有兩個(gè)類似的暖核，暖核位置與強(qiáng)度在不同年份有所差異：CHIINARE-38 近陸架區(qū)域暖核位于65.10°S－65.80°S 深度200 m 附近，中心溫度高于1.45 ℃，位置較CHIINARE-37更淺更靠北，核心溫度也高出約0.12 ℃。

CHINARE-37 的50°E 斷面觀測(cè)緯度范圍較窄，但也能看出與45°E 斷面上相似的結(jié)構(gòu)：中心海域（64°S 以北）的冷暖水團(tuán)界面穩(wěn)定在100 m深度附近；近陸架區(qū)域（65°S 以南）冬季殘留水能向下延伸至300 m 甚至更深處。CHINARE-37觀測(cè)的50°E 斷面缺失66.50°S 以南的資料，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似45°E 斷面的雙暖核結(jié)構(gòu)，CHINARE-38約600 m 深處（65.50°S－65.70°S，圖4）有高于0.40 ℃的局部高溫。

圖4 50°E斷面溫鹽分布圖（CHINARE37-38）

在50°E 斷面中CHINARE-38 的表層水體比CHINARE-37 的表層水體更暖，CHINARE-38 斷面63°S 處67 m 附近溫度出現(xiàn)表層溫度的最大值1.21 ℃，中心海域100 m以淺的夏季表層水溫度較CHINARE-37 的高約0.80 ℃，近陸架區(qū)域的大部分冬季殘留水也較CHINARE-37 的高約0.40 ℃，CHINARE-38 的核心溫度-1.76 ℃也高于CHINARE-37 的核心溫度-1.87 ℃。值得一提的是CHINARE-37 斷面中64°S 的200～800 m 范圍內(nèi)存在局部冷暖水團(tuán)混合不均勻結(jié)構(gòu)（圖4（a）），但在CHINARE-38 相同位置并未出現(xiàn)類似異常結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為明顯的鋒面（圖4（c））。

CHINARE-37 的60°E 斷面觀測(cè)緯度范圍最窄，在這一斷面上表層大部分溫度低于0 ℃，冬季殘留水占據(jù)了表層至100 m 內(nèi)的大部分區(qū)域，共出現(xiàn)3 個(gè)溫度低于-1.50 ℃的核心，最低溫度-1.78 ℃出現(xiàn)在48 m附近（59.97°E，64.36°S），表層鹽度上也出現(xiàn)了小于33.40 的低值（圖5（b））。CHINARE-37 的60°E 斷面中64°S 的200～400 m 深度附近出現(xiàn)溫度極大值1.91 ℃，高于其他斷面的中層水核心溫度，2 個(gè)航次中60°E 整個(gè)中層水溫度均比其西部的45°E與50°E斷面偏高，位置也更偏南。

CHINARE-38 近陸架區(qū)域觀測(cè)資料較全，具有這6 個(gè)觀測(cè)斷面中最清晰的鋒面結(jié)構(gòu)，66°S 以北的表層水溫度穩(wěn)定在-0.40～0.40 ℃，中層100 m深度附近是涌升的繞極深層水與低溫表層水接觸，溫度與鹽度有明顯梯度。66°S 以南為近陸坡陸架區(qū)，冬季殘留水中心溫度也較其他斷面升高到了-1.57 ℃，這一水團(tuán)與北部高溫高鹽的繞極深層水接觸發(fā)生混合變性，溫度與鹽度均偏高。

為了將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與多年氣候平均態(tài)進(jìn)行比較，作者截取了WOA23（1991－2020 年的1 月與2 月氣候態(tài)）相同經(jīng)向斷面的溫鹽圖。2 個(gè)月的氣候平均態(tài)具有類似的溫鹽分布特征：夏季表層水均分布在表層50 m 深度以淺，呈現(xiàn)出南冷北暖的趨勢(shì)，2月表層溫度略高于1月；66°S以南的冬季殘留水最厚，最深可達(dá)200 m 左右，65°S 以北的冬季殘留水厚度約50 m，且1 月冬季殘留水的溫度低于2月；繞極深層水向南侵入的趨勢(shì)明顯，2月繞極深層水向上涌升的高度較1月高出10～20 m。

通過(guò)對(duì)比圖6 可發(fā)現(xiàn)，CHINARE-37 中心海域（45°E－50°E，62°S－64°S）的表層水溫度低于1 月的氣候平均態(tài)、陸坡陸架區(qū)表層鹽度最低；CHIINARE-38 表層水體中心海域內(nèi)溫度高于2 月氣候平均態(tài)，局部海域存在溫度異常略低于氣候平均態(tài)，鹽度與氣候平均態(tài)相比差距不大。冬季殘留水分布位置大致相同，其覆蓋范圍在66°S 以南陸坡陸架區(qū)50～200 m 深度附近，整體已經(jīng)發(fā)生變性：64°S以南還能觀察到中心溫度低于-1.50 ℃的冬季殘留水核心，64°S 以北冬季殘留水厚度較薄，溫度較高。WOA23（圖6（a））45°E 斷面中并沒(méi)有特殊的雙暖核結(jié)構(gòu)，而是與其他2 個(gè)經(jīng)向斷面有非常相似的鋒面特征，這一鋒面結(jié)構(gòu)將冷暖水團(tuán)區(qū)分開(kāi)來(lái)。繞極深層水的溫度在深度600～800 m 隨深度的變化降溫明顯，深度1 000 m 以下水體溫度隨深度增加而緩慢穩(wěn)定降低。總體來(lái)說(shuō)，64°S 以北的繞極深層水位置結(jié)構(gòu)上沒(méi)有明顯的年際差異；2 個(gè)航次的繞極深層水差異體現(xiàn)在核心溫度，這與WOA23的月份時(shí)間尺度上的差異相同（圖7）；CHINARE-37 的50°E 斷面中存在明顯的混合不均勻結(jié)構(gòu)，CHINARE-38 相同位置處冷暖水團(tuán)界面明顯，體現(xiàn)了不同月份間的差異。

圖6 平面溫鹽圖

從圖3－圖5 以及圖8 可以看出：近岸海域冬季殘留水下沉和中心海域繞極深層水涌升會(huì)造成局部區(qū)域鹽度偏離氣候平均態(tài)，其余區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定。

圖8 WOA23的各斷面夏季鹽度分布圖

宇航員海氣候平均態(tài)的夏季表層水鹽度基本穩(wěn)定在34 以下；實(shí)測(cè)資料的近岸海域因融冰等因素影響出現(xiàn)了多個(gè)局部低鹽中心。氣候平均態(tài)的冬季殘留水鹽度介于夏季表層水與繞極深層水之間（34.20～34.50），結(jié)構(gòu)近乎水平；實(shí)測(cè)資料的冬季殘留水鹽度性質(zhì)與氣候態(tài)相同，近岸海域冬季殘留水水體較厚，造成這部分水體鹽度較氣候平均態(tài)偏低。氣候平均態(tài)的繞極深層水具有海域內(nèi)最高的鹽度（高于34.50），分布在200 m 深度以下，高鹽水核心位于800～1 500 m 深度（超過(guò)34.72）；實(shí)測(cè)資料的繞極深層水鹽度性質(zhì)與氣候態(tài)基本一致。

3 海冰及海面強(qiáng)迫場(chǎng)對(duì)水文結(jié)構(gòu)變化的影響

3.1 海冰密集度

夏季表層水位于季節(jié)性溫躍層之上，由于融冰與太陽(yáng)輻射等影響，其溫鹽性質(zhì)變化較大。宇航員海除近岸區(qū)域有少量的多年冰外，其他均屬于一年冰，季節(jié)變化強(qiáng)烈，并受到局地的中小尺度海-氣界面過(guò)程直接影響。圖9 為CHINARE-37與CHINARE-38 航次觀測(cè)期間宇航員海海冰密集度平均分布圖。

CHINARE-37 觀測(cè)時(shí)間 為2021 年1 月，宇 航員海內(nèi)近陸架區(qū)域（65°S 以南）分布大量海冰，海冰范圍可以一直覆蓋到南極大陸，近陸架區(qū)域海冰密集度接近100%。CHINARE-37 夏季表層水溫度較WOA23氣候平均態(tài)低約0.50 ℃，近岸海域（65°S 以南）夏季表層水溫度低于0 ℃，對(duì)應(yīng)著圖9 中高海冰密集度覆蓋區(qū)域。夏季表層水的高溫高鹽核心位于中心海域（64°S－65°S，50°E 以西）的無(wú)冰區(qū)域，該區(qū)域的表層海水長(zhǎng)時(shí)間接收太陽(yáng)短波輻射，溫度偏高，并且無(wú)冰海域的表面風(fēng)有更長(zhǎng)時(shí)間攪拌海水促使混合層的形成，充分的混合會(huì)使表層海水鹽度值較高。夏季表層水的低鹽中心位于60°E斷面（62°S－66°S），該區(qū)域觀測(cè)期間處于融冰期，海冰的融化使得附近海域海水鹽度減小。因此CHINARE-37 處于海冰融冰期，夏季表層水的高溫高鹽核心位于中心海域無(wú)冰區(qū)。

CHINARE-38的大部分觀測(cè)時(shí)間為2022年2月，與CHINARE-37 存在著1 個(gè)月的時(shí)間差異，總體來(lái)說(shuō)66°S 以北的中心海域基本沒(méi)有海冰分布，僅在近岸海域分布著零散的海冰。CHINARE-38 整個(gè)海域表層水體性質(zhì)表現(xiàn)穩(wěn)定，呈現(xiàn)南冷北暖的特征。CHINARE-38 中心海域的表層海水受太陽(yáng)短波輻射與風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的時(shí)間較CHINARE-37更久，夏季表層水溫度更高，混合層深度加深，表層混合更均勻。圖5（d）的60°E 斷面觀測(cè)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有海冰覆蓋，表層水鹽度表現(xiàn)穩(wěn)定，約33.40～33.70，鹽度核心位于中心海域（64°S－65°S，50°E－55°E）。圖3（d）的45°E 斷面中近岸海域覆蓋著豐富的海冰，不斷產(chǎn)生的冰融水使得局部海水溫度降低、鹽度減小，因此近岸海域夏季表層水溫度與鹽度相比中心海域鹽度明顯偏低。

3.2 凈熱通量

對(duì)局地海表溫度變化起主要作用包括海表凈熱通量、垂直混合與水平平流等[25]。本文基于逐日ERA5 再分析資料，包括凈短波輻射、凈長(zhǎng)波輻射、感熱和潛熱通量等，計(jì)算了宇航員海2021年與2022 年觀測(cè)期間的月均凈熱通量和累計(jì)凈熱通量。

調(diào)查時(shí)間處于夏季，宇航員海海域從太陽(yáng)輻射中獲得熱量，該海域的夏季凈熱通量通常在50～150 W∕m2。圖10（a）與圖10（b）分別代表2 個(gè)航次觀測(cè)期間的月均凈熱通量，1 月內(nèi)宇航員海海域的凈熱通量整體偏高，大多在90～130 W∕m2；2月該海域內(nèi)凈熱通量大多在60～120 W∕m2，可見(jiàn)1月的凈熱通量明顯高于2月的凈熱通量。上文的分析已經(jīng)得出CHINARE-37 調(diào)查期間宇航員海夏季表層水與冬季殘留水溫度較氣候平均態(tài)偏低，CHINARE-38 宇航員海夏季表層水與冬季殘留水溫度較氣候平均態(tài)偏高。

因此，考慮到考察期間前幾個(gè)月的累積熱通量會(huì)一定程度上影響到海水的溫度，因此本文計(jì)算了從觀測(cè)年份前一年的12 月至觀測(cè)時(shí)間（2020年12 月 至2021 年1 月、2021 年12 月 至2022 年2月）的累積凈熱通量。圖10（c）與圖10（d）分別代表上一年12 月至觀測(cè)時(shí)段的累計(jì)凈熱通量，圖10（c）中累計(jì)2個(gè)月的凈熱通量，近岸海域大部分區(qū)域表現(xiàn)為超過(guò)1.2 GJ∕m2，中心海域西部（50°E以西）的累計(jì)凈熱通量（1.10～1.16 GJ∕m2）略高于海域東部（1.06～1.10 GJ∕m2）；圖10（d）累計(jì)3個(gè)月的凈熱通量，部分近岸海域存在超過(guò)2.5 GJ∕m2的高值，中心海域西部（2.10～2.20 GJ∕m2）相反略低于東部（2.18～2.30 GJ∕m2）。

CHINARE-38 的 觀 測(cè) 時(shí) 間 比CHINARE-37 晚了1 個(gè)月，相應(yīng)的宇航員海海面所吸收的累計(jì)凈熱通量更高。對(duì)應(yīng)3.1 節(jié)中討論CHINARE-37 處于融冰期，中心海域的無(wú)冰范圍擴(kuò)大，1 月內(nèi)較大的凈熱通量對(duì)表層海水的升溫效果不明顯，這緣于海冰吸收了大量熱量，形成的冰融水會(huì)稀釋原本的表層水，在CHINARE-37 的60°E 斷面（圖5（b））的表層中有2 個(gè)明顯的低鹽中心，該斷面上的夏季表層水溫度也是所有斷面中最低的。CHINARE-38 中心海域（66°S 以北）基本無(wú)冰，中心海域（62°S－64°S）的夏季表層水溫度較氣候平均態(tài)略高，充分的表層混合使得夏季表層水鹽度特性分布均勻，穩(wěn)定在33.80～33.40之間。特別地在海域西部（40°E－45°E，62°S－64°S）海表存在高溫核心（超過(guò)1.10 ℃），鹽度則并未體現(xiàn)出差異。

2 個(gè)航次的累積凈熱通量高值均出現(xiàn)在陸坡陸架區(qū)，該區(qū)域還有部分海冰分布（圖9），海冰吸收了不斷增加的太陽(yáng)輻射而融化，給表層提供了新鮮的寒冷淡水，這也解釋了近岸海域部分?jǐn)嗝嬷校?5°E 斷面中66.8°S 以南，50°E 斷面中65.2°S 以南）表層水的溫度接近冬季殘留水的性質(zhì)（低于-1.20 ℃），但其鹽度卻低于33.80。

3.3 海面氣壓與風(fēng)場(chǎng)

海水的物理性質(zhì)不僅受熱力過(guò)程影響，其與動(dòng)力過(guò)程也密切相關(guān)。風(fēng)應(yīng)力是上層海洋大尺度運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，南半球特殊的地理環(huán)境使得南大洋氣旋具有高頻率、中心氣壓低與水平尺度大等特征，宇航員海海域夏季有較多的爆發(fā)性氣旋， 時(shí)間維持1 周左右， 水平尺度可達(dá)3 000 km[26]，風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的海洋混合與上升流對(duì)上層海洋的溫鹽性質(zhì)同樣有重要影響，因此本文對(duì)宇航員海海面氣壓和風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了分析。在南半球，根據(jù)Ekman 原理，當(dāng)?shù)蛯语L(fēng)場(chǎng)為負(fù)的風(fēng)應(yīng)力旋度時(shí)，海洋發(fā)生輻散。

圖11（a）與 圖11（b）是CHINARE-37 與CHINARE-38 考察期間宇航員海10 m 風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)應(yīng)力旋度分布圖。宇航員海的開(kāi)闊海域風(fēng)應(yīng)力旋度在±0.5×10-7N∕m3，56°E 以東的陸坡陸架區(qū)風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)度最高，超過(guò)了1.5×10-7N∕m3。從風(fēng)場(chǎng)圖中可以明顯看出，宇航員海風(fēng)場(chǎng)基本以63°S 這一緯度附近為界，63°S 以北是西風(fēng)帶，63°S 以南是極地東風(fēng)帶。圖11（c）和圖11（d）是2 個(gè)航次期間宇航員海海平面氣壓場(chǎng)分布情況，西部海域（50°E 以西）比東部海域（50°E以東）要低2 hPa左右。

特別的，中心海域西部（30°E－50°E，65°S以北）2 個(gè)航次均有清晰的風(fēng)應(yīng)力旋度為負(fù)值的氣旋式環(huán)流，偏南的西風(fēng)將威德?tīng)柇h(huán)流東部延伸體的暖水輸送進(jìn)入宇航員海中心海域，中心海域廣闊的無(wú)冰區(qū)域在太陽(yáng)輻射的作用下加熱該區(qū)域表層海水，又通過(guò)海表風(fēng)場(chǎng)的氣旋式環(huán)流，使得夏季表層水輻散上升，造成冬季殘留水偏暖。這在CHINARE-37的45°E斷面（圖3（a），63°S－64°S）中體現(xiàn)為100 m 深度附近繞極深層水涌升對(duì)冬季殘留水的混合增溫作用；CHINARE-38（圖3（c），64°S）則更為明顯，溫暖的繞極深層水涌升高度接近80 m 深度，冬季殘留水被加熱至0.60 ℃以上，夏季表層水也表現(xiàn)出向外輻散的趨勢(shì)。

在南半球低壓系統(tǒng)中，宇航員海近岸海域是偏北的強(qiáng)勁東風(fēng)驅(qū)動(dòng)著沿大陸架西向流動(dòng)的南極陸坡流，這一緩慢而運(yùn)輸量巨大的環(huán)流將達(dá)恩利角新生成的寒冷底層水源源不斷地輸送到宇航員海。中心海域的風(fēng)場(chǎng)維持著氣旋式環(huán)流，Ekman抽吸作用使得水體輻散上升，從而導(dǎo)致表層與次表層水體混合加強(qiáng)，溫暖的夏季表層水向外輻散，繞極深層水向上涌升。

4 結(jié)果與討論

本文利用我國(guó)南極考察在東南極宇航員海海域獲得的水文觀測(cè)數(shù)據(jù)（CHINARE37-38），結(jié)合海冰密集度、WOA23 以及ERA5 再分析資料等，分析研究了宇航員海海域的夏季水團(tuán)和溫鹽結(jié)構(gòu)特征，主要得到以下的結(jié)論：

（1）南極宇航員海海域水團(tuán)主要包括南極表層水（AASW）、繞極深層水（CDW）、變性繞極深層水（MCDW）和南極底層水（AABW），其中表層水包括夏季表層水與冬季殘留水。夏季表層水均分布在表層50 m 深度以淺，呈現(xiàn)出南冷北暖的趨勢(shì)。66°S 以南冬季殘留水最厚，最深可達(dá)200 m 左右，繞極深層水向南侵入的趨勢(shì)明顯，CHINARE-38 繞極深層水向上涌升的高度較CHINARE-37的高出10～20 m。東部海域的南極底層水比西部的南極底層水溫度略高0.10 ℃。

（2）夏季宇航員海凈熱通量為正，持續(xù)獲得熱量，該海域的凈熱通量大約在50～150 W∕m2。觀測(cè)時(shí)間是宇航員海的融冰期，夏季表層水的高溫高鹽核心位于中心海域無(wú)冰區(qū)，因?yàn)闊o(wú)冰海域的表層海水長(zhǎng)時(shí)間接收太陽(yáng)短波輻射，海水溫度較高。近岸海域因冰融水導(dǎo)致局部夏季表層水降溫淡化。

（3）宇航員海中心海域風(fēng)場(chǎng)維持著低氣壓氣旋式環(huán)流，次表層水體通過(guò)Ekman 抽吸上升冷卻表層暖水，Ekman 抽吸作用使得水體輻散上升，導(dǎo)致表層與次表層水體混合加強(qiáng)，繞極深層水向南侵入并向上涌升。CHINARE-37 的45°E 斷面（63°S－64°S）中繞極深層水涌升至100 m 深度附近；CHINARE-38 的45°E 斷面（64°S）中繞極深層水涌升高度接近80 m 深度；CHINARE-38 的60°E 斷面中繞極深層水向南延伸較遠(yuǎn)，可達(dá)65.80°S。

相比于其他地區(qū)，南極氣候環(huán)境惡劣，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)難度大，由此導(dǎo)致的觀測(cè)數(shù)據(jù)匱乏則是限制深入開(kāi)展南大洋海域相關(guān)研究的關(guān)鍵瓶頸。我國(guó)自從2020年第36次南極考察以來(lái)，連續(xù)在宇航員海開(kāi)展綜合環(huán)境調(diào)查，對(duì)夏季宇航員海海域水文特征及其變化等有了基本認(rèn)知。下一步作者將補(bǔ)充我國(guó)后繼南極考察航次數(shù)據(jù)、基于海豹等海洋動(dòng)物的CTD 觀測(cè)數(shù)據(jù)等，并結(jié)合海面強(qiáng)迫場(chǎng)的客觀分析資料，針對(duì)宇航員海水團(tuán)性質(zhì)的季節(jié)和年際變化，冰間湖海-氣相互作用、達(dá)恩利角底層水的輸入與威德?tīng)柡－h(huán)流延伸體影響等開(kāi)展深入研究，以期加深對(duì)南極宇航員海海域的更深刻認(rèn)知。