[科普中国]-大洋对流层

大洋对流层属于海流学词语，是指大洋热力过程中产生的对流混合层。1

风生环流及部分热盐环流仅仅发生在海洋1~2000m左右以上的海洋上，中层，即海洋斜下层（又称大洋对流层）中，而海洋深层（既海洋平流层）全部为热盐环流。2

概念大洋对流层是指从海面至均匀层之间海水对流作用明显的水层，其厚度随纬度增高而减小。3

特点海水特性的巨大变化主要是发生在暖水层中，一般来说，冷水层具有均匀的特性。Defant（1929）仿照对大气圈的分类方法将暖水层称为大洋对流层，而将冷水层称为大洋平流层。4

由于暂时性的或持续性的风作用于海面使海水发生流动，风因所生的流动，属于风生海流的范畴；非风因所生流动中的主要形式，以热盐对流称之。在大洋对流层内，风生海流及热盐对流两者同时存在，而以风生海流占主导地位；在海洋平流层（大洋平流层）内，海流则仅起因于非风力原因。5

大洋对流层的沿岸水团和海水的特征是温度条件变化较快和溶解氧的数量变化很大。大洋对流层能清楚地表现出海面气候条件的季节变化，水的温度，盐度，溶解气体和垂直环流条件的季节变化。它们反映了海面上空所发生的气候季节变化。6

研究与运用①海洋上层浮游植物的生长繁殖一方面受到局地海洋环境因素的限制，另一方面也能反过来影响到上层海洋的物理环境。浮游植物影响海洋物理环境的途径主要是调节海水温度、改变海洋的热动力学状态，进而波及到海洋环流与气候。假设某海区海洋上层浮游植物量较多，则在海洋上层被浮游植物用来进行光合作用的太阳辐射能就较多，相应的能到达海洋深层、未被光合作用所利用的太阳辐射能就较少。因此海洋上层浮游植物的含量决定着太阳辐射能在海水中的垂向分配比例，这一比例对海洋的温度状况有着重大的影响。全球大洋不同区域浮游植物量差异很大，且随着季节的推移周期性的繁殖和衰亡，近年来卫星遥感技术的发展让人们可以从全球尺度上了解浮游植物的季节性变化，为浮游植物在海洋和气候系统中的作用的研究提供了广阔的平台，然而前人的研究大多数集中于热带海区，副热带海区浮游植物对于海洋环流和气候的影响鲜有涉及。

相关学者围绕副热带海区浮游植物对海洋环流与气候的影响这一关键科学问题，基于海气耦合模式Fast Ocean Atmosphere Model（FOAM）和Sea-viewing Wide Field-of-viewSensor（SeaWIFS）叶绿素浓度卫星遥感资料，通过对两组采用不同的短波辐射参数化方案的模拟结果进行比较，在多时间尺度上系统分析了北太平洋和北大西洋海洋环流与气候变率的响应及其影响机制。

在北太平洋，研究发现于季节尺度上，浮游植物有效的缩小了海表面温度年循环的振幅，夏季使海表面降温，冬季使海表面升温。夏季降温效应来自于夏季浮游植物处于衰亡期，数量较少，更多的太阳辐射能穿过混合层底，进入了季节性温跃层，混合层增温率降低。冬季升温效应来自于混合层的加深以及垂向混合作用的增强使得夏季存储在季节性温跃层内的热量重新进入混合层，混合层降温率降低。浮游植物间接影响中纬度大气环流，夏季海表面温度降低，中纬度大气下沉运动增强，对流层低层产生高压脊，对流层高层产生低压槽，激发斜压的大气响应。冬季海表面温度升高，中纬度大气下沉运动减弱，对流层低层产生低压槽，对流层高层产生高压脊，但是冬季大气中的涡旋混合作用增强，使得对流层高层的高压异常消失，激发正压的大气响应。浮游植物也间接影响中纬度云量，对流降雨以及风生大洋环流。夏季低云云量增多，对流降雨减少，冬季低云云量减少，对流降雨增多。7

在全年副热带大洋环流均增强。研究发现于年代际尺度上，浮游植物通过影响上层海洋的温度会导致北太平洋年代际涛动（PDO）的振幅减弱，振荡周期缩短。通过对北太平洋海表面温度、大气500mb位势高度、上400m海洋热含量以及风场的经验正交分解及奇异值分解发现，各要素年代际振荡振幅均有一定程度的减弱。北太平洋年代际涛动周期的缩短来自于上层海洋温度的变化导致40m深度以下海洋层结加强，斜压罗斯贝波加速，其跨越北太平洋海盆的平均时间缩短，温跃层调整过程加速，最终北太平洋年代际涛动周期缩短。在北大西洋，研究发现于季节尺度上，浮游植物有效的缩小了海表面温度年循环的振幅，影响大气环流及降雨。机制与北太平洋类似。在年际尺度上，北大西洋副热带风生环流和经向翻转流均加强。就年平均值而言，副热带海表面温度降低，副极地海表面温度升高，降温在副热带激发反气旋式风场，风应力旋度的变化导致副热带环流加强。

对于北大西洋经向翻转流，一方面，浮游植物通过将混合层内的热量分配到季节性温跃层，使得整个北大西洋上层海洋的温度升高，另一方面，副极地海表面温度升高导致蒸发增强，表层淡水通量的变化使得副极地海区的盐度升高，在温盐变化的共同影响下，副极地海区海水密度增大，副热带海区海水密度减小，经向密度梯度增大，北大西洋经向翻转流增强。同时，密度的变化使得副极地海区海洋层化变弱，有利于表层海水的下沉运动，进一步促进了北大西洋经向翻转流的增强。研究发现于多年代际尺度上，浮游植物导致北大西洋多年代际振荡（AMO）的振幅减弱，振荡周期缩短。

通过对北大西洋海表面温度、大气500mb位势高度、降雨与北大西洋经向翻转流的奇异值分解发现，北大西洋多年代际振荡与经向翻转流的强度有个很好的正相关关系，当经向翻转流处于较强状态时，湾流、亚述尔海流及北大西洋流向高纬度的热量输送增多，北大西洋表层温度偏高。反之亦然。浮游植物使得上层海洋的温度和副极地海区淡水通量的多年代际变化减弱，副极地和副热带海区经向密度梯度的多年代际变化振幅减弱，振荡周期缩短，导致北大西洋经向翻转流的多年代际变化振幅减弱，振荡周期缩短，继而影响北大西洋多年代际振荡。7

②水温垂直分布的变化、海水混合的强弱、水体的辐聚/辐散等物理过程对水体中鳀鱼鱼卵数量和鳀鱼鱼卵在不同水层的分布有很大影响。温跃层分布深度的波动引起水体的垂直交换（混合）、水平对流（辐聚/辐散）和跨跃层的物质交换。温跃层深度变浅时，上混合层水体的厚度变薄，跨跃层的向上混合，将下混合层水体中和温跃层中的鳀鱼鱼卵输运到温跃层和上混合层中，同时表层水体发生辐散现象，使得下混合层、温跃层和上混合层水体中鳀鱼鱼卵数量减少、密度减小，导致整个水柱内鳀鱼鱼卵的数量减少;温跃层深度加深时，上混合层水体的厚度增加，跨跃层的向下混合，将上混合层水体中和温跃层中的鳀鱼鱼卵输运到温跃层和下混合层水体中，同时表层水体发生辐聚现象，使得上混合层、温跃层和下混合层水体中的鳀鱼鱼卵数量增多、密度增大，导致整个水柱内鳀鱼鱼卵的数量增多；温跃层水体中鱼卵数量和密度的变化较上混合层和下混合层水体更为显著。水体中温跃层的存在、温跃层分布深度的波动及其波动的程度对上混合层和温跃层中鳀鱼鱼卵的数量和密度的变化起着主导作用，导致鳀鱼鱼卵数量垂直分布的剧烈变化。8

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院