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感热冰间湖与潜热冰间湖

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2016-08-29 共1429字

  原标题:冰与水的完美结合

  冰间湖对于很多人而言是个陌生的名词。有人会顾名思义,以为冰间湖就是冰里面的湖,所以会出现这样的问题:冰间湖有底吗?从海面上看,冰间湖确实像是被白色海冰包围的一泓湖水,但是在海面以下,冰间湖下的海洋和周边海冰下的海洋是没有边界、完全贯通的。所以,冰间湖的“底”,可以说是广阔无际的海洋。

  海洋学中的冰间湖有广义和狭义两种定义。广义上包括了海冰中的所有无冰水域或仅被薄冰所覆盖的水域;狭义的定义只是加上了一个条件:在达到结冰的天气条件下。也就是说,冰间湖仅指那些本来应该有冰却没有冰的地方。没有冰的原因主要有两种,一是由于海洋提供了热量,二是由于风、海流等动力因素不停地将海冰带走,从而使冰间湖内留不住海冰。冰间湖大小不一,从几百米到上百千米都可能。另外还有一种特殊形状的无冰水域被称为“冰间水道”,是指由于浮冰运动而形成的窄而长的裂缝,宽度通常只有几米,长度可以达到几十千米。

  重冰包围的感热冰间湖

  感热也称为显热,是指物体温度改变且没有发生相变(如结冰和融冰)时吸收或放出的热量。感热冰间湖顾名思义是指没有海冰生成的冰间水域,这里之所以不结冰主要是由于下面的海洋提供了热量,因此感热冰间湖常常出现在海洋中有上升暖流的地方。

  这些地方的海冰遥感图像上,密密匝匝的海冰中会出现一块孤零零的无冰水域,这就是感热冰间湖了!最着名的感热冰间湖是20世纪70年代出现在南极威德尔海西部的威德尔冰间湖,它的面积约为25万平方千米,最大时达到35万平方千米,超过威德尔海面积的10%,这也是目前观测到的面积最大的感热冰间湖。这个冰间湖仅在1974年、1975年和1976年的冬季出现过,此后再也没有出现,而之前由于没有卫星遥感,尚不能对如此大规模的冰间湖进行观测。海冰在不断漂移,可能有海冰进入冰间湖区域,因此海洋必须持续不断地向冰间湖中输送热量,才能将进入冰间湖区域的海冰融化,并且阻止新冰的形成,以维持冰间湖的存在。在这个过程中,海洋会不停地失去热量。威德尔冰间湖是由于深层暖水抬升并发生垂向对流而维持的,20世纪70年代威德尔冰间湖出现后,威德尔海深层水温度和盐度降低。观测结果显示,威德尔冰间湖区域1977年的深层水温度比1973年降低了0.8摄氏度,说明海洋为冰间湖提供了热量。

  风形成的潜热冰间湖

  潜热冰间湖被称为“冰工厂”,它的形成是由于强烈的下坡风使新形成的海冰不断地被吹离海岸,向更远的海域运动,并且下面相对温暖的海水上升而形成的冰间湖。

  据估计,南极威德尔海南部沿岸潜热冰间湖每年的海冰产生量为111立方千米,如果这些冰全部留在冰间湖里,海冰的厚度可能会达到20多米。但我们看到的冰间湖却是几乎无冰的水域。这说明大量的海冰都被一些力量移出了冰间湖区域。造成这样结果的有两个条件,一是有持续的、足够强大的驱动力把海冰移走,另一个是有很特殊的屏障防止其他区域的海水补入。以南极为例,南极沿岸很多地方都具备这样的条件,从南极大陆垂下来的强大的下降风把新生成的冰吹离海岸,而特殊的海岸线或者冰架前缘阻止了周围海冰的补充,因此出现了大量的冰间湖。而北极的潜热冰间湖,也多出现在岛屿、海湾的特殊岸线处,如白令海的圣劳伦斯岛南侧每年冬季都会出现冰间湖。

  在严寒的冬天,潜热冰间湖的水温一直维持在冰点,新冰不断地生成,由于海冰含盐量很低,结冰过程使海水中的盐分绝大部分留在了冰间湖中,使海水盐度增加。冰间湖中的水体因接近冰点的低温和较高的盐度而密度增大,发生下沉,对极地水团,如南极底层水的形成有着重要的贡献。

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