[论文解读] Intrinsically episodic Antarctic shelf intrusions of circumpolar deep water via canyons

Ellie Q. Y. Ong, Edward Doddridge+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2023

Cryospheric studies and observationsEarth and Planetary Sciences被引用 3

一句话总结

本研究利用一个等密度的涡流解析模型，证明了即使在没有外部时间强迫的情况下，南极绕极深层水通过海下峡谷侵入东南极大陆架的现象，其本身是通过南极斜压流中风能与涡流生成之间的内部反馈机制，以间歇性爆发的形式发生的。较窄的峡谷表现出比宽阔峡谷更不规则的跨岸输运，凸显了峡谷几何形态在调节间歇性侵入中的作用。

ABSTRACT

The structure of the Antarctic Slope Current at the continental shelf is crucial in governing the poleward transport of warm water. Canyons on the continental slope may provide a pathway for warm water to cross the slope current and intrude onto the continental shelf underneath ice shelves, which can increase rates of ice shelf melting, leading to reduced buttressing of ice shelves, accelerating glacial flow and hence increased sea level rise. Observations and modelling studies of the Antarctic Slope Current and cross-shelf warm water intrusions are limited, particularly in the East Antarctica region. To explore this topic, an idealised configuration of the Antarctic Slope Current is developed, using an eddy-resolving isopycnal model that emulates the dynamics and topography of the East Antarctic sector. Warm water intrusions via canyons are found to occur in discrete episodes of large onshore flow induced by eddies, even in the absence of any temporal variability in external forcings, demonstrating the intrinsic nature of these intrusions to the slope current system. Canyon width is found to play a key role in modulating cross-shelf exchanges; warm water transport through narrower canyons is more irregular than transport through wider canyons. The intrinsically episodic cross-shelf transport is found to be driven by feedbacks between wind energy input and eddy generation in the Antarctic Slope Current. Improved understanding of the intrinsic variability of warm water intrusions can help guide future observational and modelling studies in the analysis of eddy impacts on Antarctic shelf circulation.

研究动机与目标

• 研究暖性绕极深层水在东南极大陆架上发生间歇性侵入的机制。
• 确定此类侵入是否可在无外部时间强迫的情况下，由内部动力过程自发发生。
• 评估峡谷宽度对跨岸暖水输运变异性与强度的影响。
• 阐明涡流生成与风能反馈在驱动跨岸间歇性交换中的作用。
• 增进对大陆架环流动力学的理解，以指导未来在东南极地区的观测与模拟研究。

提出的方法

• 配置一个理想化的、涡流解析的等密度海洋模型，以模拟东南极扇区的动力学与地形特征。
• 模型再现了南极斜压流及其与大陆坡上海下峡谷的相互作用。
• 在恒定外部强迫条件下进行模拟，以隔离系统中的内在变异性。
• 分析涡流活动及风能输入与涡流生成之间的能量反馈，以识别驱动间歇性侵入的机制。
• 通过不同宽度的峡谷量化跨岸输运，以评估几何结构对侵入模式的控制作用。
• 模型追踪暖水通量，并识别与涡流活动相关的间歇性岸向流动事件。

实验结果

研究问题

• RQ1 在没有任何外部时间强迫的情况下，暖水是否仍能以间歇性方式侵入南极大陆架？
• RQ2 涡流生成与风能反馈在驱动跨岸间歇性输运中起什么作用？
• RQ3 峡谷宽度如何调节暖水侵入事件的不规则性与强度？
• RQ4 所观察到的间歇性在多大程度上是源于斜压流系统内部而非外部强迫？
• RQ5 南极斜压流中的内部动力如何导致通过海下峡谷的间歇性岸向流动？

主要发现

• 即使在恒定外部强迫下，通过海下峡谷的暖水侵入仍以离散的、间歇性爆发的形式发生，表明系统本身具有内在变异性。
• 南极斜压流内部生成的涡流是驱动间歇性岸向流动的主要因素，风能输入与涡流活动之间的反馈机制维系了这些爆发事件。
• 与宽阔峡谷相比，较窄的峡谷表现出更不规则、更不可预测的跨岸输运，表明几何结构对侵入动力学具有强烈控制作用。
• 侵入的间歇性并非源于外部强迫，而是由斜压流系统内部的不稳定性与反馈机制所引发。
• 研究结果表明，涡流驱动的跨岸交换是南极大陆架环流的一个基本特征，尤其在存在海下峡谷的区域。
• 未来建模与观测研究必须考虑这种内在的间歇性，才能准确评估冰架融化速率与海平面上升的贡献。