Modelling mixing and circulation in subglacial Lake Vostok, Antarctica
Modelling mixing and circulation in subglacial Lake Vostok, Antarctica
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模拟南极洲冰下沃斯托克湖的混合和循环
DOI：
10.1007/s10236-007-0110-9
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发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
2.3
通讯作者：
Grosfeld
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Grosfeld
沃斯托克湖被约4公里厚的冰层隔绝了数百万年，与大气层没有直接的交换，提供了一个独特的环境。这种不可接近性提高了数值模型的重要性，以调查湖泊内的物理条件。使用三维数值模型和最好的几何形状，我们测试不同的参数设置，以定义一个标准的模型配置，适合研究在这个冰下湖的流量。从我们的模型运行中，我们发现一个斜压环流内湖分为三个不同的部分：沿着地形脊在东方湖的北方的一部分，底层水群众被输送到东部，偏离脊。在湖泊表层，这两个垂直翻转单元的水流方向相反。在湖的南部，大约3,500平方公里的地方发生了冰冻，两个相对的环流垂直地分裂了水柱。南部盆地的总体水流较强，水平流速约为1 mm/s。最强的上升流出现在盆地东部，约为25μm/s。我们估计翻转时间尺度的下限垂直约为2.5年，水平约为8.6年。从湖面上漂浮的冰盖的冰的基础质量损失为5.6毫米/年（相当于2.78立方米/秒的淡水通量，或0.09立方米/年的基础冰损失）。这种不平衡表明湖泊的持续增长或其持续（或定期）排入冰下排水系统。
Lake Vostok, isolated from direct exchange with the atmosphere by about 4 km of ice for millions of years, provides a unique environment. This inaccessibility raises the importance of numerical models to investigate the physical conditions within the lake. Using a three-dimensional numerical model and the best available geometry, we test different parameter settings to define a standard model configuration suitable for studying flow in this subglacial lake. From our model runs we find a baroclinic circulation within the lake that splits into three different parts: Along a topographic ridge in the northern part of Lake Vostok, bottom water masses are transported eastward, diverging away from the ridge. In the lake’s surface layer, the flow in these two vertical overturning cells has opposite directions. In the southern part of the lake, where freezing occurs across about 3,500 km2, two opposing gyres split the water column vertically. The general flow is stronger in the southern basin with horizontal velocities in the order of 1 mm/s. The strongest upwelling, found in the eastern part of this basin, is about 25μm/s. We estimate the lower limit of the overturning timescale to be about 2.5 years vertically and 8.6 years horizontally. The basal mass loss of ice from the ice sheet floating on the lake is 5.6 mm/year (equivalent to a fresh water flux of 2.78 m3/s, or a basal ice loss of 0.09 km3/year). This imbalance indicates either a constant growth of the lake or its continuous (or periodical) discharge into a subglacial drainage system.
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