北冰洋模拟涡流的活动情况——海洋表面涡流活动的季节性变化（左）；涡流活动未受季节影响，并且在深层海洋区域保持不变（右）。
涡流通常被视作海洋气候的风向标。与大气循环类似，涡流以缓慢移动的海洋气旋形式，带走营养物质和热量，并运送到世界各地。在大部分海洋中，海洋表面的涡流比深层涡流更强。然而，自20世纪70年代以来，研究人员常常在北极观察到一种奇特的涡流模式：在夏季，北极地区所有海洋层都会出现大量高速涡流活动，这与其他海域的涡流情况类似；随着冬季冰雪的回归，北极水域恢复“表面”平静，直到冰层下方50米处都无法发现涡流。与此同时，深层海水中则继续出现高速涡流活动。
几十年来，北极涡流活动的季节性转变问题，一直困扰着科学家。《物理海洋学杂志》当地时间12月15日发文称，美国麻省理工学院（MIT）的研究人员解答了这一难题。他们认为，驱动北极涡流行为的主要因素是冰层摩擦和海洋层化。
在伍兹霍尔海洋研究所的帮助下，研究人员收集并处理了2003年~2018年北冰洋不同深度的水流速度数据，得出了北冰洋典型年份的速度-深度变化情况，发现了北极涡流的季节趋势。
为破解其成因，研究人员进行了“斜压不稳定性分析”。结果表明，当他们同时考虑海冰摩擦效应和海水层化效应时，模型产生的水流速度与最初的实际观测值一致；但是，当加入其他条件（例如与真实情况不太相符的层化效应），模型结果与观测结果的匹配度较低。
研究人员认为，冬季的冰起到了摩擦制动作用，减缓了表层海水的速度，防止它们加速充入湍流涡旋。然而，这种影响是有限的，在50~300米海水层，盐分含量较高、密度较大的水层免受摩擦效应的影响，进而使涡流运动“全年不打烊”。
这一成果强调了涡流活动、北极冰和海洋层化之间的新联系。海洋学家能够将其纳入气候模型，从而更准确地预测北极气候的演变。
研究人员表示，冰层摩擦和海洋层化对北极涡流的作用将在未来几十年内对北极产生重大影响。有研究表明，北极的夏季冰层正在逐年加速消融，甚至可能在2050年完全消失。冰越少，海水就越可能在表面和深层区域自由形成涡流，而夏季涡流活动的增强可能会进一步促进北极变暖。北极变暖是否会导致更多海洋湍流或更强的四季变化，将由海冰强度决定。MIT海洋学教授John Marshall说：“随着北极变暖，冰层消失，这种涡流消散机制也在逐渐消失。因此，未来呈现在人类面前的可能是一个更加不稳定的北极。”
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编译：德克斯特
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《物理海洋学杂志》
期刊编号：0022-3670
原文链接：
https://phys.org/news/2020-12-oceanographers-explanation-arctic-puzzling-ocean.html
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