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user: 4. 海流的半月周期变化 北冰洋主要潮流较小，本文研究发现近表层潮流仍存在较为显著的半月变化，且在北冰洋的深海洋盆海域，这种半月变化特征，及其与局地海冰以及大气因素变化的可能联系还不清楚。本文结合锚定测量系统(南部A站)附近的海冰变化及ERA-Interim 10米风场数据，探讨这种半月周期变化的可能机理。 图3. 南部锚系A站的表层潮流流速(半月MS f 分潮流、半日M 2 分潮流)，局地海冰面积(71˚N~77˚N， 135˚W~145˚W，单位10 4 km 2 )和表层平均流的变化特征(潮流调和分析的滑动窗口为10天、分析时段是45天) 4.1. 垂直结构 不同季节和海冰状况期间，加拿大海盆的半月MS f 分潮和半日M 2 分潮的最大分潮流有明显的差异，分潮流椭圆要素显示主要在夏季海冰大面积融化时增大；此外，冬季的冰封期也会出现最大分潮流增大的现象(图3)。考虑到海流的半月周期变化的显著程度以及锚定系统附近的海冰分布状况，本文选取了2007/08年冬季(2008年1~2月)和2012年夏季(2012年7~8月)两个时期(图4)，具体分析海流的垂直结构差异。两个时期的平均流流速、潮流椭圆要素分析结果以及数据质量见表2。 夏季加拿大海盆海域近表层半月MS f 分潮流和半日M 2 分潮流的垂直结构呈现出不同的变化规律。分析时段(2012.7.20~9.3)内，局地海冰面积由7.8 × 10 4 km 2 锐减至0，此时半月MS f 分潮流、平均流均呈正压结构，垂直剪切弱，而半日M 2 分潮流则表现为较为明显的分层结构(图4)。MS f 最大分潮流流速的垂直结构较为一致，随深度缓慢减小，至23 m观测深度处流速约减小了35%。分潮流的旋转率显示，MS f 分潮流主要表现为往复式潮流，随深度的增加旋转率变大，开始表现出某些回转式潮流的特征。潮流椭圆倾角随深度逆时针旋转，表层至近表层23 m米深度上，椭圆主轴仅旋转了34度左右，且平均流方向的变化与之一致。半日M 2 分潮流为回转式潮流，其垂直结构较为复杂。随着深度的增加，潮流流速明显增大，23 m处潮流速度是表层的3倍；与此同时，旋转率也随深度迅速变大，17 m以深分潮流的最大流速和最小流速几乎相当，旋转率的大小也接近0.9。M 2 分潮流椭圆倾角也表现为随深度逆时针旋转，然而旋转幅度明显大于半月分潮流，可达100度。北部锚定C站也有类似的现象出现。 冬季，研究海域被大面积海冰所覆盖，海流为正压结构，潮流(包括半月MS f 分潮流和半日M 2 分潮流)和平均流均减弱(表2)。在2007/08年冬季，分潮流在垂直方向上的变化特征，同样表现为半月分潮呈往复式潮流且速度随深度减小，半日分潮呈回转式潮流且速度随深度增加。但由于11 m以深海流观测数据缺测率超过四分之一，近表层的海流垂直结构尚需进一步验证。 4.2. 与海冰、大气因素变化的关系 调和分析的结果表明除得到半日和全日潮流特征(表2)外，也同时发现海流变化存在非常明显的半月 图4. 南部锚系A站的MS f 、M 2 分潮流和平均流的垂直结构差异 (a) 2012年夏季，7.20~9.3；(b) 2007/08年冬季，2008.1.16~2.29)，以及(c)2012年5~11月MS f 分潮流最大流速(单位：cm/s)及局地海冰面积变化(单位：10 4 km 2 ) 周期，即对应着天文分潮中的MS f 分潮，且半月周期最大潮流约是M 2 分潮流的两倍，垂直剪切弱。这种半月周期的变化，其中一部分是由于天文半月分潮(MS f 分潮)本身引起的，同时还包括具有与MS f 相近周期的非潮分量，而后者则可能与北冰洋及其周围海域间的大气风场变化有关(杜凌等，2011)，同时又受局地海冰变化影响。 加拿大海盆中的半月和半日周期变化在垂直方向上呈反向变化，可能由于局地海冰大面积融化，导致近表层海流与大气风场变化密切联系。本文分析了表2的两个时段期间的ERA-Interim的10米风速的周期特征(图5)，由于本文关注的是半月周期变化，对一天四次的风速数据采用了五点平滑处理。2012年融冻期，分析时段内(7月中旬至9月初)锚定系统附近的风速表现出明显的半月变化，小波分析结果显示其显著周期为12~15天。同时，加拿大海盆的海冰面积在2012年达到了有记录以来的最低值(NSIDC)， Table 2 Mean flow and major tidal component ellipse of Southern Sta. 时期 2012夏季(2012.7.20~9.3) 2007/08冬季(2008.1.16~2.29) MS f 分潮流 M 2 分潮流 平均流流速 (cm/s) 缺测数据比例(%) MS f 分潮流 M 2 分潮流 平均流流速 (cm/s) 缺测数据比例(%) 深度 (m) 最大流速 (cm/s) 旋转率 最大流速 (cm/s) 旋转率 最大流速 (cm/s) 旋转率 最大流速 (cm/s) 旋转率 3 8.9 −0.03 3.5 −0.58 5.0 0 5.2 0.32 1.4 −0.76 2.0 0 5 8.7 −0.03 3.7 −0.62 5.1 0 4.9 0.35 1.5 −0.80 2.1 0 7 8.6 −0.05 3.6 −0.66 5.2 0 4.6 0.35 1.6 −0.82 2.2 0 9 8.5 −0.06 3.4 −0.67 5.2 0 4.4 0.34 1.6 −0.90 2.2 0.6 11 8.1 −0.08 3.5 −0.70 5.0 0 4.7 0.18 2.1 −0.88 2.5 14.4 13 7.4 −0.16 3.6 −0.66 4.7 0 4.7 0.08 2.4 −0.81 2.3 26.4 15 6.7 −0.20 4.3 −0.79 4.2 0 4.5 −0.17 2.3 −0.74 2.3 42.6 17 6.4 −0.14 6.1 −0.91 4.6 0 3.9 −0.11 2.6 −0.52 2.3 54.1 19 6.2 −0.09 8.6 −0.90 5.0 0.5 3.5 −0.06 1.6 −0.20 2.9 66.1 21 6.1 −0.11 10.2 −0.87 5.5 2.3 3.5 −0.06 1.0 −0.69 3.8 76.1 23 6.3 −0.16 10.9 −0.87 6.2 7.8 7.4 −0.23 1.1 −0.61 3.9 81.4 25 5.7 −0.30 11.5 −0.86 6.0 16.4 17.8 0 0 0 8.7 97.4 表2. 南部锚系A站平均海流和主要分潮流椭圆要素差异 海冰的大面积融化导致观测点附近的开阔水增加，有利于局地的海气相互作用。这使潮流更易受到大气风场的影响，从而使近表层海流的半月周期变化明显增大，且大气风场的这种影响随着深度而明显减弱。 与大气风场变化密切相关的惯性震荡对近表层海流变化产生显著影响，南部锚系A站的惯性流(其惯性周期为12.48小时)与半日分潮流的周期十分接近，导致实测半日潮流受局地惯性震荡的影响，使得回转式潮流特征更加明显。此外，整个加拿大海盆的同期海冰密集度数据显示，锚定点周围区域仍部分被海冰覆盖，这种海冰的分布特征也有利于半日M 2 分潮流表现出显著的分层结构。与之相对应的2008年初的冬季分析时段，一方面大气风场不再有明显的半月周期变化，另一方面加拿大海盆完全被海冰覆盖，海气间相互作用显著减弱，且惯性震荡的影响几乎消失，导致潮流(包括半月MS f 分潮流和半日M 2 分潮流)较夏季明显减弱(图4)。