白令海峡南邻白令海,北接楚科奇海,是沟通太平洋和北冰洋的唯一通道。白令海峡的水交换对北冰洋的大气、海洋和海冰系统的显著变化有一定作用。通过白令海峡的水交换是影响北极海冰迅速变化的一个重要因素。研究白令海峡水交换及其对北极海冰的影响不仅有助于更好地理解白令海峡水交换的过程,对研究北极海冰及全球气候变化也有重要意义。首先,为了更好得研究白令海峡及其邻近海域水交换的动力机制,基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model)海洋数值模式,本文对白令海峡及其邻近海域的潮汐、潮能进行数值模拟研究。模拟结果同验潮站和实测海流资料符合良好,较好地反映了白令海峡及其邻近海域的潮汐、潮流分布特征和运动状况。根据计算结果绘制了主要分潮的同潮图和潮流椭圆图,对该海域潮汐潮流特征进行了系统分析,结果表明:白令海陆架区、白令海峡和楚科奇海主要以M2分潮为主,而在诺顿湾海域以K1分潮为主,M2分潮潮流在白令海陆架东南部及阿纳德尔湾较强,K1分潮潮流在诺顿湾潮流达到最大值。在此基础上,对其潮汐能的传播与耗散进行分析,结果表明研究海域潮能通量较小,主要分潮在研究海域潮能耗散总量约为751 MW,M2潮能耗散占该总量的52%,K1潮能耗散占38%,潮能进入白令海陆架后,M2分潮主要在圣劳伦斯岛以南陆架区耗散,K1分潮主要在诺顿湾海区耗散。其次,对白令海峡东侧水道的海水体积通量及热通量进行研究,把白令海峡东侧水道分成区域1和区域2,分别利用海表面高度异常变化率(?SLA)和海表面风速(330°和340°)构建了海水速度线性方程,并对其相关性进行检验,证明区域1和区域2的速度主要受?SLA的影响,同时330°和340°的风对海水速度也有重要影响,进一步证实了前人的研究。根据估算的海水速度对1999年至2013年白令海峡无冰期(6–10月)穿过白令海峡东侧通道海水的体积通量进行计算。结果表明:东侧水道的体积总通量自2004年开始呈增加的趋势,其中区域1的体积通量占通过海峡东侧水道总量的绝大部分,但是区域2的体积通量比区域1增加得快。与海水速度方程类似,利用海表面温度(GHRSST)和海表面风速(330°和340°)构建了东侧水道海水底层温度的线性方程,对其进行相关性检验,证明海水底层温度受SST、330°和340°风的影响比重相当。把海水热通量分成两部分,底层热通量通过构建的海水底层水温度的线性方程计算,表层热通量利用海表面温度计算得到。估算得到1999—2013年无冰期(6-10月)通过白令海峡东侧水道的海水热通量。结果表明:海水的热通量呈现增加的趋势,2004-2008年和2009-2013年的年平均热通量分别是1999-2003年的1.9和2.3倍。海水热通量的增加,一方面是由白令海温暖的海水造成,另一方面是由于海水体积通量的增加。最后,利用来自美国冰雪数据中心基于SMMR和SMM/I的海冰密集度日平均和月平均数据,对白令海峡及其邻近海域在1979-2015年间海冰范围的变化特征进行分析,结果表明:在过去的三十几年,海冰范围有明显的实质性的变化。白令海和楚科奇海分别属于两个完全不同的大洋,其海冰变化趋势具有区域差异,海冰范围的极端变化趋势出现在楚科奇海域。白令海北部通过显著性检验(p<0.1)的月份集中在夏、秋两季,都呈现减小的趋势;楚科奇海的海冰覆盖范围的变化趋势与白令海不同,其变化趋势更明显,除了一月份和四月份,其余月份均通过了显著性检验(p<0.1),二月份和三月份呈现增加的趋势,五月份到十二月份呈明显的减小趋势。海冰范围变化有明显的季节特征。白令海北部海冰范围最大值出现在3月份,最小值在6–10月。楚科奇海每年12月至次年5月海冰范围达到峰值,非冬季海冰范围的极值变化明显,海冰的空间覆盖范围明显减少。楚科奇海冰范围变化与通过白令海峡东侧水道的热通量具有明显的负相关关系,热通量的增加会造成楚科奇海海冰范围减少,海冰范围减少有利于热通量的增加。海冰范围的变化趋势具有空间差异性,楚科奇海的海冰覆盖范围减少得最明显,白令海峡至白令海北部的圣劳伦斯岛附近减少趋势变缓。圣劳伦斯岛以南,海冰持续期存在一个缓慢增加的趋势。海冰持续期的减少一方面是由海冰破碎期的提前引起的,另一方面是由海冰形成期的推迟。