跨南大洋經向斷面的大氣垂直剖面特征研究

高立寶郭桂軍史久新薛 亮曲大鵬宋新新祖永燦

(1.中國海洋大學 海洋與大氣學院,山東 青島266100;2.自然資源部第一海洋研究所 海洋與氣候研究中心,山東 青島266061;3.青島海洋科學與技術試點國家實驗室 區域海洋動力學與數值模擬功能實驗室,山東 青島266237;4.自然資源部 海洋環境科學與數值模擬重點實驗室,山東 青島266061;5.江蘇海洋大學 海洋技術與測繪學院,江蘇 連云港222005)

南大洋是全球海洋中十分重要的一個洋區,其面積約占世界大洋總面積20%,它連接了大西洋、印度洋和太平洋的南部扇區,擁有唯一環繞地球一周的海洋環流系統——南極繞極流,為各個大洋之間的水交換、熱量交換和鹽量交換做出了重要貢獻,對全球變化的進程有指示作用[1-3]。南大洋又通過大氣和海洋環流的經向傳輸與低緯度地區緊密聯系起來,在地球系統的能量交換、碳收支及環境和氣候的演變中扮演著重要的角色[4-6]。

海洋鋒面是溫度、鹽度等性質不同兩種水團的交界面,鋒面處水團性質有很強的水平梯度,而南大洋正是海洋鋒面的富集區。海表面高度和海表面鹽度的梯度很好地揭示出南極繞極流是由很多急流或鋒面組成的[7]。南大洋主要包括3個鋒面和3個區,從北到南分別是:亞南極區(Subantarctic Zone,SAZ)、亞南極鋒(Subantarctic Front,SAF)、極 地鋒區(Polar Front Zone,PFZ)、極 地鋒(Polar Front,PF)、南極區(Antarctic Zone,AZ)、南ACC鋒(Southern Antarctic Circumpolar Current Front,SACCF)[8-10]。類似的,大氣鋒面是冷暖氣團交界面形成的狹窄過渡區,鋒面處氣團性質也有很強的水平梯度,大氣鋒面又根據冷氣團和暖氣團的移動方向分為冷鋒、暖鋒、準靜止鋒和錮囚鋒。由于低溫和強勁西風帶的存在,南大洋海洋鋒面附近存在獨特的海氣相互作用機制,大氣主要通過影響海-氣界面熱通量以及Ekman作用對海洋產生單向影響[11-12],最新研究表明,南大洋風應力旋度的增強可以將熱量從海氣界面存儲到海洋內部,從而減緩全球表層溫度增暖的速度[13]。

南半球環狀模是南大洋的主要控制變率,指示著西風帶以及中-高緯度之間的大氣環流變異[14-17]。關于南半球環狀模和南大洋大氣環流結構的研究主要是基于再分析數據、衛星數據和數值模式開展的[14-21],而南大洋大氣垂直剖面的現場觀測卻非常稀少,通過船載方式進行探空系統觀測是獲得南大洋大氣垂向結構的主要手段之一,但強勁西風帶造成的惡劣海洋環境,使得現場觀測變得異常艱難,在一定程度上制約了對南大洋大氣垂向結構的深入了解[22-23]。Pezzi等在東南印度洋獲得了6組探空觀測剖面數據,由于只有風速和氣溫參數而且觀測數量太少,只對該斷面低空大氣的垂向分布結構進行了初步分析[23]。本文利用中國第29次南極科學考察期間3次跨越南大洋經向斷面獲取的多參數GPS探空數據,對東南印度洋和西南太平洋斷面的大氣垂直剖面特征進行了分析,為今后深入分析南大洋鋒面處的海-氣相互作用提供參考。

1 數據介紹

1.1 航次介紹

我國南極海洋科學在過去的30多年期間,經歷了從無到有、逐步發展的過程,“南北極環境綜合考察與評估”專項實施之前,我國在南極周邊重點海域的海洋調查遠落后于發達海洋國家,擁有的海洋基礎資料時空密度小、準確度低、覆蓋率低、重復性差,并且主要集中在普里茲灣內的幾個不規則斷面上,不僅難以反映普里茲灣當前的海洋狀況,在威德爾海、羅斯海仍然幾乎是空白的,遠不能滿足“南北極環境綜合考察及資源潛力評估”戰略部署的需求。

2012年開始的極地考察專項是我國首次大規模的綜合極地科學考察研究專項,科學考察的學科內容、觀測區域、觀測手段及考察隊伍規模均達到了前所未有的高度,取得了歷史性的進展,開展了以南大洋、普里茲灣為重點的第29次南極海洋科學考察,尤其重要的是我國南極海洋科學考察已經成為一項業務化的考察工作,凸顯了我國對極地工作的重視程度已經邁入新的里程碑。盡管我國的極地海洋科學在過去30多年間取得了一系列歷史性的進展,但是與國外先進水平相比仍存在一定的差距,但隨著國家對極地事業的重視,我國的極地考察事業正在逐步改善。

中國第29次南極考察是“南北極環境綜合考察與評估”專項的第一個正式航次(2012-10-28—2013-04-10),重點觀測海域為普里茲灣及其鄰近海域。該航次在保留我國原有南極科學考察工作的基礎上,拓展了南極科考范圍,新增了大量的作業內容,通過多種手段對普里茲灣及其鄰近海域開展了物理海洋與海洋氣象綜合考察,系統掌握目標區域的海洋水文、海洋氣象、海冰等環境基本信息,獲取海洋環境變化和海-冰-氣系統變化過程的關鍵要素信息,為我國和全球氣候變化、資源開發利用、航海與后勤保障提供基礎資料。本文采用該航次期間往返穿越南大洋西風帶獲得的GPS探空觀測數據。

1.2 GPS探空觀測系統

觀測使用的探空系統是專門的探測大氣垂直剖面的氣象儀器,測量要素包括氣溫、濕度、風速、風向。測量系統主要包括兩部分:一個是GPS-1型接收機,用于接收各要素的實時觀測數據;另一個是GPS-TK探空儀,隨探空氣球一起上升的傳感器集成部分。

測量過程中,先連接GPS-1型接收機與電腦,并固定于室外開闊區域以便接收探空儀發回的各種氣象參數。室外釋放掛有探空儀的探空氣球,接收測量數據。隨著氣球逐漸升高,氣壓逐漸降低,最后氣球自爆,觀測結束,探空儀自然墜落不可回收。經過多次南北極考察的現場實驗檢驗,該系統接收信號穩定性良好。該探空系統的溫度精度為0.2℃,濕度精度為2%,風速測量精度為0.2 m/s,風向測量精度為2°,風速、風向和氣壓由GPS數據計算得出,風向0°表示北風,風向90°表示東風。氣溫傳感器的測量范圍為-60～40℃,滿足高空低溫環境的觀測需求。GPS-TK探空儀的具體技術指標見表1。

表1 GPS-TK探空儀技術指標Table 1 Parameters of GPS-TK

1.3 觀測站位分布

中國第29次南極考察執行期間,在往返南大洋的過程中進行了3次探空氣球斷面觀測,共計獲得有效探空氣球觀測57個,其中2條斷面位于東南印度洋,1條位于西南太平洋。斷面按時間順序編號為P1,P2和P3,圖1給出了3條斷面上探空觀測的具體站位分布。2012-11-20—2012-11-29進行了澳大利亞弗里曼特爾至中山站的斷面觀測,完成26個GPS探空觀測,即P1斷面;2013-01-07—2013-01-15進行了羅斯海至澳大利亞霍巴特之間的斷面觀測,完成12個GPS探空觀測,即P2斷面。2013-03-13—2013-03-19進行了中山站至澳大利亞弗里曼特爾之間的斷面觀測,完成19個GPS探空觀測,即P3斷面。每隔6 h進行一次探空觀測,分別按照00:00,06:00,12:00和18:00依次開展,在海洋鋒面集中海域適當加密觀測。其中的海表面溫度資料是自1997年以來高精度(0.25°×0.25°)的數據,來源于熱帶降水測量任務(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)的微波遙感衛星[24],在此主要用來表征南大洋主要海洋鋒面的具體位置。

圖1 南大洋探空觀測的站位分布Fig.1 Air sounding stations in the Southern Ocean

2 觀測結果

2.1 大氣剖面的垂直結構

本文用到的探空數據較好的反映了南大洋大氣剖面的垂直結構。探空觀測高度在4 000～15 000 m不等,但均觀測到了對流層的溫度、濕度、風速、風向剖面的垂直變化,超過10 000 m高度的還觀測到了對流層頂的逆溫層垂直結構,對分析南大洋的大氣鋒面及環流結構有一定的幫助。圖2展示了P1斷面上兩個典型的垂直剖面觀測數據(位置如圖1黑框所示),可以清楚地看出,隨著高度的增加,氣壓呈指數衰減,超過10 000 m時氣壓減小到300 hPa以內;氣溫隨著高度的增加線性降低,大約每升高100 m氣溫下降1℃,在9 000 m左右氣溫降到最低(低于-50℃),之后氣溫又逐漸升高,該轉折的高度近似可以看做是對流層和平流層的分界;整個垂直剖面以西風為主導,風速為5～30 m/s,高空風速比低空風速要大很多。濕度剖面的波動范圍較大,但到了9 000 m以上的高空,濕度迅速減小,主要與高空大氣稀薄和低溫密切相關。跨南大洋經向斷面的觀測很好反映了大氣剖面垂直結構的南北差異,將在接下來的斷面特征和季節變化分析中予以展示。

圖2 南大洋GPS探空測得的典型剖面Fig.2 Typical air sounding profiles in the Southern Ocean

2.2 大氣鋒面的分類和識別

大氣鋒面是冷暖氣團交界面形成的狹窄過渡區,也叫鋒區,鋒面兩側的溫度、濕度、氣壓、風等要素都有明顯的差異,所以在鋒面附近常伴有云、雨、大風等天氣。大氣鋒面根據冷氣團和暖氣團的移動方向分為冷鋒、暖鋒、準靜止鋒和錮囚鋒。本文以氣溫的空間梯度為主要識別要素確定鋒面的位置,并結合經向風的分布分辨鋒面的基本類型。

通常的鋒面識別主要是針對近地面的低空大氣而言,因此這里給出了2 000 m以下平均的大氣溫度(圖3a)和經向風(圖3b)在3個觀測斷面的分布。P1斷面氣溫經向梯度最大的位置在47°～50°S,氣溫從-4℃快速上升至1℃,該位置的經向風為2～8 m/s的北風,因此符合暖鋒特征,在43°～45°S也存在氣溫快速變化,但主要是1 000 m以上的氣溫變化所致;P2斷面氣溫經向梯度最大的位置在52°～58°S,氣溫從-1℃快速上升至5℃,該位置的經向風為4～6 m/s的北風,符合暖鋒特征;P3斷面氣溫經向梯度最大的位置與P2相同,但溫度梯度更大,氣溫變化范圍在-9～8℃,經向風在55°S附近存在南風和北風的轉化,主要是因為55°S以北的氣旋式環流所致,之后的斷面特征分析將進一步介紹。通過以上分析,給出了觀測斷面低空大氣的鋒面位置和基本分類(表2)。

圖3 0～2 000 m平均的大氣溫度和經向風Fig.3 Mean air temperature and meridional wind below 2000 m

表2 觀測斷面的大氣鋒面位置Table 2 Locations of atmospheric fronts in the observational sections

2.3 跨南大洋經向斷面的特征分析

下面基于中國第29次南極考察在南大洋獲得的3條斷面的探空觀測,分析跨南大洋經向大氣斷面的基本特征。第29航次第一次穿越西風帶期間,從澳大利亞弗里曼特爾前往中山站途中進行了南大洋P1斷面的探空觀測。P1斷面覆蓋區域海洋表層的溫度梯度顯示,該斷面的海洋鋒面主要位于45°～56°S(圖1),從P1斷面探空觀測要素垂直剖面(圖4)的經向梯度可以看出,該斷面的低空大氣鋒面主要位于47°～50°S附近,44°S附近的1 000～3 000 m高度存在氣溫快速變化(圖4b和圖3a),主要是44°～50°S區域的強勁西風從高空一直延伸到近地面,造成了該區域與外部區域的濕度和溫度的顯著差異。50°S以北的亞南極區,風向介于240°～280°,以西風為主,高空與低空風速差異明顯,4 000 m以下低空風速在0～20 m/s,4 000 m以上高空風速在40 m/s以上,風速的垂直切變使得高低空氣溫分布也有類似的結構,4 000m以下氣溫在-5～15℃,4 000 m以上氣溫在-30℃以下,最低達到-60℃,該區域垂直剖面的相對濕度較大,整個剖面的相對濕度大于50%,明顯呈現較強的垂直對流結構。50°～58°S區域的風向介于180°～240°,以西南風為主,是該斷面的西風主軸區,高空與低空風速差異更加明顯,4 000 m以下低空風速在0～20 m/s,4 000 m以上高空為強勁的西南風,平均風速在40 m/s以上,最高超過75 m/s,高低空氣溫分布與亞南極區相近,但高空的低溫中心靠近北部,該區域垂直剖面的相對濕度很小,整個剖面的相對濕度小于40%,垂直對流很弱,是南部和北部經向環流的過渡區。58°S以南的極區,風向與亞南極區類似,介于240°～280°,以西風為主,但高空與低空風速無明顯差異,整個垂直剖面的風速在20 m/s以下,只有更加靠南的高空風速較強,該區域垂直剖面的氣溫和相對濕度都比較高,氣溫在-20℃以上,剖面的相對濕度大部分大于40%,4 000 m以下相對濕度更是超過了80%,明顯呈現較強的垂直對流結構,與亞南極區形成跨越極鋒區的經向環流。在8 000 m以上的高空,各個觀測要素的垂直變化很小。

圖4 P1斷面的大氣垂向剖面結構Fig.4 The atmospheric vertical structures of section P1

第29航次第二次穿越西風帶期間,從羅斯海返回澳大利亞霍巴特途中進行了南大洋P2斷面的探空觀測。P2斷面覆蓋區域海洋表層的溫度梯度顯示,該斷面的海洋鋒面主要位于55°～65°S,從P2斷面探空觀測要素垂直剖面(圖5)的經向梯度可以看出,低空大氣溫度梯度在52°～58°S快速變化,該區域是低空大氣的主要鋒面所在位置。55°S以北的亞南極區,風向介于120°～280°,存在東風和西風的切變,在50°S以北4 000 m以上的高空,存在強勁的西南風,風速最大值超過30 m/s,位于6 000～10 000 m的高度,55°S以北亞南極區的氣溫較高,海表氣溫在5～10℃,氣溫零線在2 200 m附近,氣溫等值線呈現上翹趨勢,是典型的上升氣流結構,相對濕度在整個剖面都較高,低空相對濕度超過80%,高空的相對濕度也有60%以上。55°～68°S的極鋒區,風向介于100°～220°,以東南風和西南風為主,高空與低空風速差異不大,風速在15 m/s以下,該區域的氣溫等值線平直,-10℃等溫線位于2 200 m高度,4 000 m以下相對濕度很高,超過80%,4 000 m以上相對濕度在50%以下,最低值位于4 000～6 000 m高度。68°S以南的極區,風向與亞南極區類似,介于120°～280°,6 000 m以上的高空存在較強的西風,風速在20 m/s左右,6 000 m以下低空風速很小,在5 m/s以內,該區域的氣溫更低,-10℃等溫線位于1 500 m以下,11 000 m以上的高空氣溫低至-60℃,該區域的相對濕度剖面與55°S以北的亞南極區相近,低空相對濕度超過80%,高空的相對濕度也有60%以上,垂直對流較為明顯。與P1斷面類似,在8 000 m以上的高空,各個觀測要素的垂直變化很小。

圖5 P2斷面的大氣垂向剖面結構Fig.5 The atmospheric vertical structures of section P2

圖6 P3斷面的大氣垂向剖面結構Fig.6 The atmospheric vertical structures of section P3

第29航次第四次穿越西風帶期間,從中山站返回澳大利亞弗里曼特爾途中進行了南大洋P3斷面的探空觀測。P3斷面覆蓋區域海洋表層的溫度梯度顯示,該斷面的海洋鋒面主要位于44°～55°S,從P3斷面探空觀測要素垂直剖面(圖6)的經向梯度可以看出,低空大氣溫度梯度在52°～58°S快速變化,該區域是低空大氣的主要鋒面所在位置,鋒面位置與P2斷面相同。整個斷面以西風為主,54°S以北區域風向介于260°～340°,以西北風為主,54°S以南區域則以西南風為主。42°S以北的區域高低空風速切變明顯,4 000 m以下風速相對較小,在8 m/s以內,4 000 m以上風速在20 m/s以上,該區域的垂直剖面的氣溫均較高,6 000 m以上高空氣溫仍維持在-30℃,使得該區域高空的相對濕度超過50%。42°～54°S的極鋒區,風速相對較小,在10～22 m/s,6 000 m以上的高空氣溫也相對較低,在-35～50℃,4 000 m以下低空氣溫較高,在-5～20℃,使得低空相對濕度高達80%以上,高空相對濕度較低,在40%以下。54°～58°S的極區,4 000 m以上的高空存在30 m/s以上的西南風,而氣溫低至-50℃,相對濕度較低。在58°S以南海域具有風速小(4～10 m/s),相對濕度低(15%～55%),氣溫等值線下凹等特點,屬于典型的下沉氣流特征。與P1和P2斷面類似,在8 000 m以上的高空,各個觀測要素的垂直變化較小。

雖然各個斷面的觀測時間和觀測位置不盡相同,但具有共同特征。4 000 m以下低空的氣溫和濕度明顯高于高空,而低空風速明顯小于高空風速;8 000 m以上高空各個觀測要素的垂直變化不明顯;整個斷面主要以西風為主,整個垂直剖面濕度較高的區域通常是由于上升氣流將海表面的暖濕氣團帶到高空引起的,相反,整個垂直剖面濕度異常偏低的區域通常對應下沉氣流。大氣鋒面的位置具有明顯的季節變化,東南印度洋的大氣鋒面中心春季(P1)比秋季(P3)更加偏北,接下來將針對季節變化進一步分析。

2.4 東南印度洋大氣剖面的季節變化

以上主要分析了跨南大洋經向大氣斷面的基本特征,接下來介紹東南印度洋大氣剖面的季節變化。我國南極科學考察航線多數是從東南印度洋穿越南大洋,在大多數年份,“雪龍”船都會往返穿越澳大利亞至中山站斷面,雖然由于天氣和海洋狀況的原因,往返航線很難完全重合,但相近航線的斷面觀測,有利于分析南大洋大氣剖面隨時間的變化。圖1所示的P1和P3斷面分布比較接近,在45°S附近交叉,該位置也恰是海洋鋒面密集的海域。P1和P3斷面的探空觀測分別于2012年11月和2013年3月完成,對南半球來說,11月和3月可以看作春季(春末)和秋季(初秋)的代表月份,因此P1和P3斷面的差異反映了東南印度洋經向斷面在春秋兩季的變化。

圖7 P3和P1斷面大氣垂向剖面的差異(P3-P1)Fig.7 The differences in atmospheric vertical structures between sections P3 and P1(P3 minus P1)

圖7 給出了P3和P1斷面探空觀測要素的差異(P3減去P1),可以看出,在4 000 m以下的低空,秋季的相對濕度低于春季的相對濕度,40°S附近的3 000 m高度相差超過50%,只有南大洋中部的局部海域春季相對濕度較大,相差在20%～40%;秋季的氣溫整體高于春季0～20℃,只有在57°S以南,春季的氣溫高于秋季。在6 000 m以上的高空,春季風速明顯比秋季風速大,差值介于10～40 m/s。6 000 m以下低空風速的差異,南北呈現不對稱分布,50°S以南秋季風速大,而50°S以北春季風速大。秋季的風向以西北風為主,春季的風向以西風為主,整個垂直斷面的風向相差20°～100°。整體來說,秋季和春季相比,東南印度洋具有風速小,氣溫高,低空相對濕度較小。

接下來針對氣溫、濕度和風速三個要素分別比較不同季節斷面的低空和高空差異。東南印度洋春季斷面低空的氣溫整體低于秋季,鋒面位置更加偏北,在春季,50°S以南氣溫均低于-11℃,50°S以北快速升溫至5℃,而在秋季,由58°S以北氣溫快速升溫至4℃,兩個季節低空氣溫最大差異在48°～53°S附近,溫差達到19℃(圖8a)。高空氣溫的差異以55°S為界南北反向,南部春季氣溫高,北部秋季氣溫高(圖8b)。春季的低空濕度整體高于秋季,45°S以北的區域差異更大(圖8c),而春季的高空濕度整體低于秋季,50°S以南更加明顯(圖8d)。春季(秋季)低空風速的主軸在47°S(52°S)附近,除了風速主軸附近之外,春季的低空風速整體略小于秋季(圖8e),而春季的高空風速遠高于秋季,52°S附近風速高出將近50 m/s(圖8f)。綜上所述,東南印度洋春季斷面低空的氣溫整體低于秋季,鋒面位置更加偏北,春季的低空(高空)濕度整體高于(低于)秋季,春季的低空(高空)風速整體略小于(遠高于)秋季。

圖8 低空(0～4 000 m平均)和高空(10 000～14 000 m平均)大氣要素的經向變化Fig.8 Meridional variation in atmospheric parameters in low level(0～4 000 m mean)and high level(10 000～14 000 m mean)

2.5 東南印度洋和西南太平洋的大氣剖面差異

南大洋不同海域的大氣剖面具有明顯差異。我國南極考察穿越東南印度洋的南大洋斷面最多,主要是由于每年雪龍船都要前往中山站執行科學考察任務,而隨著我國計劃在羅斯海建立新的南極考察站,穿越西南太平洋斷面的航線也逐漸增多,2013年1月中旬從羅斯海返回澳大利亞霍巴特的途中也進行了GPS探空觀測,即圖1中的P2斷面。由于P3斷面是2013年3月中旬完成,因此P2和P3斷面近似的可以看作南半球夏秋季節的過渡期觀測,因此這里選取P2和P3斷面進行比較,分析東南印度洋和西南太平洋大氣剖面特征的差異。

圖9 給出了P3和P2斷面探空觀測要素的差異(P3減去P2),東南印度洋斷面的風速明顯大于西南太平洋斷面,平均差異為4～20 m/s,最大差異在50°～57°S的南大洋中部,在48°S以北3 000 m以上的高空,西南太平洋斷面的風速大于東南印度洋斷面,平均差異為4～18 m/s,最大差異在10 000 m附近,最大差異超過20 m/s。兩條斷面的風向相差在-30°～180°,東南印度洋以西北風為主,而西南太平洋以東南風和西南風為主,存在明顯的東—西風切變。在55°S以北的海域,東南印度洋的氣溫高于西南太平洋4～18℃,7 000 m以上的高空更加顯著,只有在55°S以南的高緯度海域,東南印度洋的氣溫低于西南太平洋,但量值不超過10℃。相對濕度的差異與氣溫的差異分布大體反向,在55°S以北的海域,東南印度洋低于西南太平洋10%～30%,最大差值發生在50°S以北的2 000～4 000 m高度,超過40%,只有4 000～6 000 m高度層,東南印度洋的相對濕度略高于西南太平洋。整體來說,東南印度洋和西南太平洋相比,具有風速大,氣溫高,相對濕度小的特征。

圖9 P3和P2斷面大氣垂向剖面的差異(P3-P2)Fig.9 The differences in atmospheric vertical structures between sections P3 and P2(P3 minus P2)

接下來針對氣溫、濕度和風速三個要素分別比較不同區域斷面的低空和高空差異。東南印度洋和西南太平洋的低空大氣鋒面均位于52°～58°S,東南印度洋在該區域的氣溫梯度更強,以55°S為界,以南區域西南太平洋的氣溫高于東南印度洋,55°S以北相反(圖8a)。東南印度洋的高空氣溫整體高于西南太平洋(圖8b)。西南太平洋的低空濕度整體高于東南印度洋,45°S以北的區域差異更大(圖8c),高空濕度整體持平(圖8d)。西南太平洋的低空和高空風速相對較小,只有斷面北端的狹窄區域風速較大,東南印度洋的低空和高空風速整體高于西南太平洋,低空風速表現得尤為明顯(圖8e和8f)。綜上所述,東南印度洋和西南太平洋的低空大氣鋒面均位于52°～58°S,東南印度洋低空風速、高空風速和氣溫整體高于西南太平洋,西南太平洋的低空濕度整體高于東南印度洋,高空濕度整體持平。

3 結 論

本文利用中國第29次南極科學考察多次穿越南大洋的GPS探空數據,分析了南大洋經向斷面的大氣垂直結構的基本特征、季節變化和緯向差異,主要結論如下:

1)各個斷面的大氣垂向結構差異顯著,但也具有共同特征:4 000 m以下低空的氣溫和濕度明顯高于高空,而低空風速明顯小于高空風速;8 000 m以上高空各個觀測要素的垂直變化較小;整個斷面主要以西風為主,整個垂直剖面濕度較高的區域通常是由于上升氣流將海表面的暖濕氣團帶到高空引起的,相反,整個垂直剖面濕度異常偏低的區域通常對應下沉氣流。

2)基于經向溫度梯度和經向風分布,給出了3個觀測斷面的大氣鋒面位置和類型。P1斷面的大氣鋒面在47°～50°S,P2和P3斷面的大氣鋒面在52°～58°S,P1和P2的鋒面屬于暖鋒,P3的鋒面由于氣旋的影響分類不明顯。

3)東南印度洋大氣剖面結構具有明顯的季節變化。東南印度洋春季斷面低空的氣溫整體低于秋季,鋒面位置更加偏北,春季的低空(高空)濕度整體高于(低于)秋季,春季的低空(高空)風速整體略小于(遠高于)秋季。

4)東南印度洋和西南太平洋斷面的大氣剖面結構具有明顯差異。東南印度洋和西南太平洋的低空大氣鋒面均位于52°～58°S,東南印度洋低空風速、高空風速和氣溫整體高于西南太平洋,西南太平洋的低空濕度整體高于東南印度洋,高空濕度整體持平。

本文的工作在以下方面仍有待加強:一方面,GPS探空觀測的空間分辨率仍然不高,無法對大氣剖面的細微結構細致刻畫;另一方面,數據只局限于一個航次的觀測,沒有展現特定南大洋斷面大氣環流的年際變化。希望今后在這兩個方面加以重視,更加全面地分析南大洋大氣環流結構的特征和變化。

致謝:自然資源部資助,中國第29次南極科學考察隊采集了研究數據,國家海洋局極地考察辦公室和中國極地研究中心對本工作給予了大力支持,在此表示衷心感謝。