[科普中国]-海洋环流

简介

海洋环流是研究风引起的海流和密度分布不均匀所产生的密度流、大洋环流中流旋的生成和分布、大洋环流西向强化、海流的弯曲和变异、近赤道地区的流系结构、南极绕极流，大洋热盐环流，深海环流和与主跃层的关系，海水的辐散和辐合运动与升降流及朗缪尔环流等的关系，中尺度涡及其能量转换，冰漂流等特殊的流动现象，海洋对风应力等的反应，以及近岸海区的环流等等。1

海洋环流特征海域间的海流活动受太阳辐射、海水热力学、大气环流、海冰动力、地球旋转以及海洋深度等因素影响。海洋环流可分为相互影响和作用的水平流和垂直流。

海水有独特的物理特征，对海洋洋流产生重要影响，水是高热容量物质，因此海洋对温度的突然变化不敏感，海洋也由此能够吸纳、存储和传输大量的太阳热能。从海洋表面到2米深的海水吸纳的热量几乎等于整个大气层吸纳的热能总量。海流的定向流动使之有助于在大范围内控制气候模式和季节变化。例如，从热带大西洋流向美国东部的墨西哥城流(Gulf Stream)，可将大约30～140斯维尔德鲁普(Sv=1× 104m 3/s)的海水输送到较高纬度的北大西洋，其携带的热能(约等于1 000个发电站生产的能量)也随之输送到位于北大西洋的欧洲，墨西哥暖流和盛行的西风对创造欧洲大陆温暖的环境条件具有重要作用，墨西哥暖流还对幼体生物的分布、海洋生物洄游产生重要影响，也是百慕大群岛生息着珊瑚礁的主要原因。在南半球，南极绕极流是能量最强的洋流，其平均流量达到1305v.

海水富含数亿年来大陆径流携带人海的溶解矿物质，其含量可用千分之一(ppT)盐度定量。海水的平均盐度为35ppt。海水密度取决于海水盐度和温度，盐度越高或水温越低，海水密度越高。海水密度指标是影响海水是否沉降的主要指标。因此，海水温度和盐度是影响全球海流垂直流动的重要因素，由温度和盐度引起的海水垂直补偿流又称热盐流。

热盐流受控于海洋表面的温热高盐海水和底部冷流回流的控制。通常，太阳的大部分辐射能只能照耀在赤道附近到中纬度的区域(20°S-20°N)，然后受海洋季风和地球转动的共同影响才能向极地方向输送表面温热的海水。温热海水到达极地区域后逐步变冷，密度也随之提高并在北极和南大洋海域向深海下沉，最后再回流到赤道海域。温热海水在跨越地球的流动过程中会释放大量的热能。但是，依靠热盐流的方式循环海流的时1司尺度极大，每一个循环大约要花费1000年的时间。热盐流靠海水盐度与温度微妙的平衡变化所驱动。现在，热盐流变化的现象正在形成。由于热盐流将在大时间尺度下控制海洋的物理动态特征，因此，我们尚不能完全了解热盐流对海洋生物循环的持续影响。2

海洋观测的难度与大气环流相比，海洋环流的观测更困难，资料更缺乏。据估计，海洋科学家存20世纪90年代可用的资料，包括可能获得的卫星观测海面温度和海面高度资料，仍然比大气资料的数量级小一个最级。而这些资料的分布很不均匀，大部分在海面和北半球海域；时间和空间的连续性差，观测又多为间接性观测，观测方法一般采用质量场而不是速度场。上述各点给海洋的模拟和验证带来极大的困难和挑战。也显示借助数值模式模拟海洋的气候状态更加重要。为得到模式的气候状态，特别是海流的分布，往往需要在适当的边界和初始条件下，从静止海洋开始，逐步把模式积分至数千年甚至更长的时间。1