南大洋是全球海洋底层水的主要源地，跨等密度面的海水上涌是海洋中深层水返回海洋表面的重要途径，跨等密度面的海水通量控制着碳、热量和营养盐等物质的存储，对地球气候系统有重大影响。南大洋在纬向上不受陆地阻挡造就了全球唯一的绕极环流、也是全球流量最大的一只洋流南极绕极流，是促进太平洋、大西洋和印度洋之间的热量、水分和能量交换的“发动机”。根据南大洋等密度面露头的特点，利用广泛分布的Argo观测，计算南大洋内部混合过程及其造成的经向翻转流由深层环流至浅层环流的海水上涌。发现由强烈的南极绕极流与粗糙地形相互作用引发的湍流混合可使大量南极地区生成的深层水在当地返回海表。南大洋放射性碳证据表明，在上一次退冰川时期，大气二氧化碳浓度的增加被认为是由深海尤其是南大洋聚集二氧化碳的快速释放造成的，然而其变化的机理特别是海-气间二氧化碳快速流通的原因犹未可知。我们发现冰川时期南大洋经向翻转环流的变化，为解释冰川-间冰期的气候变化提供了可能的途径。