双扩散所形成的温盐台阶是海洋中普遍存在的一种现象。海水中温度和盐度两种组分具有不同的分子扩散速率，且两者对密度垂向分布起到相反的作用，由此所驱动的对流运动为双扩散对流。根据边界条件和所处环境，双扩散分为两种类型:盐指(salt finger)和扩散对流（diffusive convection）。当高温高盐水在低温低盐水之上时，形成盐指;相反，当高温高盐水在低温低盐水之下时，生成扩散对流。扩散对流所形成的温盐台阶结构主要发生在高纬度的北冰洋、南大洋、亚极地海域及鄂霍次克海、阿拉斯加湾等海域。扩散对流在海洋底层水的形成、经向子午翻转环流以及热量垂向输运等方面具有深远的影响。本论文主要是通过室内流体力学实验，并结合北冰洋加拿大海盆内锚定站位处的MMP现场观测数据，探讨海洋中扩散对流生成的温盐台阶的演化过程和动力机制，分析温盐台阶与不同水团之间的关系。同时，拓展了对传统扩散对流不稳定性的理解并根据新的成果评估北冰洋底层水体的厚度和演化时间。　　在室内流体实验中，对盐度线性层结、温度均匀的流体系统底部加热，顶部恒温，就会生成温盐台阶结构。实验过程中，测量得到温盐台阶结构的纹影图像、速度场和温度垂向廓线。在温度垂向廓线中，可以看到温盐台阶结构由温度基本均匀的混合层和温度梯度较大的界面组成。在纹影图像中，通过灰度标准差局域极大值确定界面的位置;在流场中，通过垂向速度绝对值的局域极小值确定界面的位置，两种方法得到的界面的位置一致。在混合层中大部分区域，速度和温度表现出较强的周期性，且同一混合层的周期大小基本相同。分析台阶中雷诺数Re和瑞利数Ra之间的关系，得到Re～Ra0.5。这个结果与传统的瑞利伯纳德对流中Re和Ra关系一致。　　北冰洋的加拿大海盆上部，分布着高温高盐的大西洋水和低温低盐的低盐跃层水，两水团之间形成一系列的温盐台阶结构。通过四个锚定站位的MMP数据分析，对这两种水团以及其和温盐台阶结构之间的关系进行研究。在2003年8月至2011年8月期间，海盆西北部的B锚定站位处的大西洋水处于降温趋势，而东南部的D锚定站位处大西洋水处于升温趋势;海盆西部的A、B锚定站位的温盐台阶结构受相近深度范围的涡旋经过的影响，会减弱甚至消失，在测量时间段内没有相近深度范围的涡旋经过海盆东部的C、D锚定站位，这两个站位处的大部分双扩散台阶能够长期保持。基于固定盐度范围的方法，在盐度为34.45至34.83的范围内，通过D锚点站位的盐度廓线，可识别出18个台阶结构。发现温盐台阶结构的位温主要受其邻近水团的影响，同时也受其相邻台阶生成或消亡的影响。大西洋水对其上方的温盐台阶结构和低盐跃层水起到加热作用，而低盐跃层水的深度变化主导着大西洋水和温盐台阶结构的深度变化。通过经验公式，评估C、D两锚定站位处通过温盐台阶结构向上传输的热通量FHC和FHD，得到FHC=0.05～0.94 Wm-2，FHD=0.05～0.6 Wm-2。在垂直方向上，热通量由下至上呈现逐渐增大的趋势。最后，对D锚定站位，估算由扩散对流造成的垂向涡扩散系数KT分布在3×10-6-3.3×10-5 m2s-1范围内，且随着混合层盐度的减小，呈现逐渐减小的趋势。　　过去的研究表明，扩散对流的不稳定性分析结果仅适用于有限的环境条件（密度比Rρ＜1.15）。考虑到盐度的分子扩散远慢于温度的分子扩散，我们对扩散对流不稳定性公式做了修正。并利用全球出现扩散对流台阶的不同海域的现场数据（包括北冰洋，南大洋，红海，乌干达湖等）进行验证。研究发现温盐台阶结构的临界瑞利数Rac的分布范围很广，从103至1011;并且温盐台阶的边界层热瑞利数RaTδ与临界瑞利数Rac具有相同的量级。在大部分海域中，背景环境的盐度层结为抑制对流发生的主要阻碍，而旋转效应的影响很小。利用新的扩散对流不稳定性参数化方案，评估得到加拿大海盆最底层混合层的厚度为1051 m，和观测值(929 m)非常接近。估算得到最底层混合层的演化时间τ为～100年，此结果与通过分析14C得到的结果具有相同的量级。