[科普中國]-海洋環(huán)流

簡介

海洋環(huán)流是研究風(fēng)引起的海流和密度分布不均勻所產(chǎn)生的密度流、大洋環(huán)流中流旋的生成和分布、大洋環(huán)流西向強(qiáng)化、海流的彎曲和變異、近赤道地區(qū)的流系結(jié)構(gòu)、南極繞極流，大洋熱鹽環(huán)流，深海環(huán)流和與主躍層的關(guān)系，海水的輻散和輻合運(yùn)動與升降流及朗繆爾環(huán)流等的關(guān)系，中尺度渦及其能量轉(zhuǎn)換，冰漂流等特殊的流動現(xiàn)象，海洋對風(fēng)應(yīng)力等的反應(yīng)，以及近岸海區(qū)的環(huán)流等等。1

海洋環(huán)流特征海域間的海流活動受太陽輻射、海水熱力學(xué)、大氣環(huán)流、海冰動力、地球旋轉(zhuǎn)以及海洋深度等因素影響。海洋環(huán)流可分為相互影響和作用的水平流和垂直流。

海水有獨(dú)特的物理特征，對海洋洋流產(chǎn)生重要影響，水是高熱容量物質(zhì)，因此海洋對溫度的突然變化不敏感，海洋也由此能夠吸納、存儲和傳輸大量的太陽熱能。從海洋表面到2米深的海水吸納的熱量幾乎等于整個大氣層吸納的熱能總量。海流的定向流動使之有助于在大范圍內(nèi)控制氣候模式和季節(jié)變化。例如，從熱帶大西洋流向美國東部的墨西哥城流(Gulf Stream)，可將大約30～140斯維爾德魯普(Sv=1× 104m 3/s)的海水輸送到較高緯度的北大西洋，其攜帶的熱能(約等于1 000個發(fā)電站生產(chǎn)的能量)也隨之輸送到位于北大西洋的歐洲，墨西哥暖流和盛行的西風(fēng)對創(chuàng)造歐洲大陸溫暖的環(huán)境條件具有重要作用，墨西哥暖流還對幼體生物的分布、海洋生物洄游產(chǎn)生重要影響，也是百慕大群島生息著珊瑚礁的主要原因。在南半球，南極繞極流是能量最強(qiáng)的洋流，其平均流量達(dá)到1305v.

海水富含數(shù)億年來大陸徑流攜帶人海的溶解礦物質(zhì)，其含量可用千分之一(ppT)鹽度定量。海水的平均鹽度為35ppt。海水密度取決于海水鹽度和溫度，鹽度越高或水溫越低，海水密度越高。海水密度指標(biāo)是影響海水是否沉降的主要指標(biāo)。因此，海水溫度和鹽度是影響全球海流垂直流動的重要因素，由溫度和鹽度引起的海水垂直補(bǔ)償流又稱熱鹽流。

熱鹽流受控于海洋表面的溫?zé)岣啕}海水和底部冷流回流的控制。通常，太陽的大部分輻射能只能照耀在赤道附近到中緯度的區(qū)域(20°S-20°N)，然后受海洋季風(fēng)和地球轉(zhuǎn)動的共同影響才能向極地方向輸送表面溫?zé)岬暮Ｋ?。溫?zé)岷Ｋ竭_(dá)極地區(qū)域后逐步變冷，密度也隨之提高并在北極和南大洋海域向深海下沉，最后再回流到赤道海域。溫?zé)岷Ｋ诳缭降厍虻牧鲃舆^程中會釋放大量的熱能。但是，依靠熱鹽流的方式循環(huán)海流的時1司尺度極大，每一個循環(huán)大約要花費(fèi)1000年的時間。熱鹽流靠海水鹽度與溫度微妙的平衡變化所驅(qū)動?，F(xiàn)在，熱鹽流變化的現(xiàn)象正在形成。由于熱鹽流將在大時間尺度下控制海洋的物理動態(tài)特征，因此，我們尚不能完全了解熱鹽流對海洋生物循環(huán)的持續(xù)影響。2

海洋觀測的難度與大氣環(huán)流相比，海洋環(huán)流的觀測更困難，資料更缺乏。據(jù)估計，海洋科學(xué)家存20世紀(jì)90年代可用的資料，包括可能獲得的衛(wèi)星觀測海面溫度和海面高度資料，仍然比大氣資料的數(shù)量級小一個最級。而這些資料的分布很不均勻，大部分在海面和北半球海域；時間和空間的連續(xù)性差，觀測又多為間接性觀測，觀測方法一般采用質(zhì)量場而不是速度場。上述各點(diǎn)給海洋的模擬和驗(yàn)證帶來極大的困難和挑戰(zhàn)。也顯示借助數(shù)值模式模擬海洋的氣候狀態(tài)更加重要。為得到模式的氣候狀態(tài)，特別是海流的分布，往往需要在適當(dāng)?shù)倪吔绾统跏紬l件下，從靜止海洋開始，逐步把模式積分至數(shù)千年甚至更長的時間。1