2.3.4 世界大洋环流分布

2.3.4 世界大洋环流分布

世界大洋上层环流的总特征可以用风生环流理论加以解释。比如,太平洋与大西洋的环流型有相似之处:在南北半球都存在一个与副热带高压对应的巨大反气旋式大环流(北半球为顺时针方向,南半球为逆时针方向)影响环流运动。此外,各大洋环流型的差别还由它们的几何形状所影响。

1)赤道流系

与两半球信风带对应的分别为西向的南赤道流与北赤道流,亦称信风流。这是两支比较稳定的由信风引起的风生漂流,它们都是南北半球巨大气旋式环流的一个组成部分。在南北信风流之间与赤道无风带相对应的是一支向东运动的赤道逆流,流幅约300~500 km。由于赤道无风带的平均位置在3°~10°N,因此南北赤道流也与赤道不对称。夏季(8月),北赤道流约在10°N与20°~25°N,南赤道流约在3°N~20°S;冬季则稍偏南。

赤道流自东向西逐渐加强。在洋盆边缘不论赤道逆流或信风流都变得更为复杂。赤道流系主要局限在表面以下到100~300 m的上层,平均流速为0.25~0.75 m/s。在其下部有强大的温跃层存在,温跃层以上是充分混合的温暖高盐的表层水,溶解氧含量高,而营养盐含量却很低,浮游生物不易繁殖,从而具有海水透明度大、水色高的特点。总之,赤道流是一支高温、高盐、高水色及透明度大的流系。

印度洋的赤道流系主要受季风控制。在赤道区域的风向以经向为主,并随季节而变化。11月至翌年3月盛行东北季风,5—9月盛行西南季风。5°S以南,终年有一股南赤道流,赤道逆流终年存在于赤道以南。北赤道流从11月到翌年3月盛行东北季风时向西流动,其他时间受西南季风影响而向东流动,可与赤道逆流汇合在一起而难以分辨。

赤道逆流区有充沛的降水,因此相对赤道流区而言具有高温、低盐的特征。它与北赤道流之间存在着海水的辐散上升运动,把低温而高营养盐的海水向上输送,致使水质肥沃,有利于浮游生物生长,因而水色和透明度也相对降低。

2)上层西边界流、湾流和黑潮

上层西边界流是指大洋西侧沿大陆坡从低纬向高纬的流,包括太平洋的黑潮与东澳流、大西洋的湾流与巴西流及印度洋的莫桑比克流等。它们都是北、南半球主要反气旋式环流的一部分,也是北、南赤道流的延续。因此,与近岸海水相比,其具有高温、高盐、高水色和透明度大等特征。西边界流每年向高纬输送热量,约同暖气团向高纬输送的热量相等,这对高纬的海况和气候产生巨大的影响。

人们通常把由北赤道流和南赤道流跨过赤道的部分组成的、沿南美北岸的流动称为圭亚那流和小安的列斯流,经尤卡坦海峡进入墨西哥湾以后称为佛罗里达流,佛罗里达流经佛罗里达海峡进入大西洋后与安的列斯流汇合处视为湾流的起点。此后,它沿北美陆坡北上,约经1 200 km,到哈特拉斯角(35°N附近)又离岸向东,直到45°W附近的格兰德滩以南,海流都保持在比较狭窄的水带内,行程约2500 km,此段称为湾流(也有人认为湾流起点为哈特拉斯角)。然后转向东北,横越大西洋,称为北大西洋流。佛罗里达流、湾流和北大西洋流合称为湾流流系。

湾流在海面上的宽度为100~150 km,表层最大流速可达2.5 m/s,最大流速偏于流轴左方,沿途流量不断增大,影响深度可达海底;湾流两侧有自北向南的逆流存在。湾流方向的左侧是高密的冷海水,右侧为低密而温暖的海水,其水平温度梯度高达10℃/20 km。等密线的倾斜直达2000 m以下,说明在该深度内地转流性质仍明显存在。观测表明在湾流的前进途中,绝大部分区域一直渗达海底。湾流的运动事实上处于地转平衡占优势状态。

黑潮与湾流相似,黑潮是北太平洋的一支西边界流,它是北太平洋赤道流的延续,因此仍存在着北赤道流的水文特征。在洋盆西侧,北赤道流的一支向南汇入赤道逆流,一支沿菲律宾群岛东侧北上,主流从中国台湾东侧经台湾和与那国岛之间的水道进入东海,沿陆坡向东北方向流动。到日本九州西南方又有一部分向北称为对马暖流,经对马海峡进入日本海。在进入对马海峡之前,在济州岛南部,也有一部分进入黄海,称为黄海暖流,它具有风生补偿流的特征。黑潮主干经吐噶喇海峡进入太平洋,然后沿日本列岛流向东北,在35°N附近分为两支:主干转向东流直到160°E,称为黑潮延续体;分支在40°N附近与来自高纬的亲潮汇合一起转向东流汇于黑潮延续体,一起横过太平洋。

斯维尔德鲁普把从中国台湾南端开始到日本太平洋沿岸35°N附近的这一段流动称为黑潮,从35°N向东到160°E附近的流动称为黑潮续流,160°E以东为北太平洋流,三者合称黑潮流系。

黑潮与湾流相似,也是一支斜压性很强的海流,同样处在准地转平衡中。强流带宽约75~90 km,两侧水位相差1 m左右,影响深度达1000 m以下,两侧也有逆流存在,在日本南部流速最大可达1.5~2.0 m/s。东海黑潮流速一般3月最强,11月最弱。黑潮也能发生大弯曲,但与湾流有不同的特点。从20世纪30年代开始至今对其进行过多次考察,发现黑潮路径有两种可能位置:一种为明显弯曲的路径,弯曲中心在138°E,弯曲波长为500~800 km,弯曲半径为150~400 km;另一种为没有弯曲的路径。在每种情况下都能使持续稳定的流量向高纬输送。

3)西风漂流

与南北半球盛行西风带相对应的是自西向东的强盛的西风漂流,即北太平洋流、北大西洋流和南半球的南极绕极流,它们也分别是南北半球反气旋式大环流的组成部分。其界限是:向极一侧以极地冰区为界,向赤道一侧到副热带辐聚区为止。其共同特点是:在西风漂流区内存在着明显的温度经向梯度,这一梯度明显的区域称为大洋极锋。极锋两侧的水文和气候状况具有明显差异。

(1)北大西洋流。湾流到达格兰德滩以南转向东北,横越大西洋,称为北大西洋流。它在50°N、30°W附近与许多逆流相混合,形成许多分支,已不具有明显的界限。在欧洲沿岸附近分为三支:中支进入挪威海,称为挪威流;南支沿欧洲海岸向南,称为加那利流,再向南与北赤道流汇合,构成了北大西洋气旋式大环流;北支流向冰岛南方海域,称为伊尔明格流,它与东、西格陵兰流及北美沿岸南下的拉布拉多流构成了北大西洋高纬海区的气旋式小环流。北大西洋流将大量的高温、高盐海水带入北冰洋,对北冰洋的海洋水文状况影响深远,同时对北欧的气候状况也有巨大的影响。

(2)北太平洋流。黑潮延续体的延续,在北美沿岸附近分为两支:向南一支称为加利福尼亚流,汇于北赤道流,构成了北太平洋反气旋式大环流;向北一支称为阿拉斯加流,与阿留申流汇合,连同亚洲沿岸南下的亲潮共同构成了北太平洋高纬海区的气旋式小环流。

(3)南极绕极流。南半球的西风漂流环绕整个南极大陆(应当指出南极绕极流是一支自表至底、自西向东的强大流动,其上部是漂流,而下部的流动为地转流)。南极锋位于其中,在大西洋与印度洋平均位置为50°S,在太平洋位于60°S。风场分布不均匀造成了来自南极海区的低温、低盐、高溶解氧的表层海水在极锋的向极一侧辐聚下沉,此处称为南极辐聚带。极锋两侧不仅海水特性不同,而且气候也有明显差异。南侧常年为干冷的极地气团盘踞,海面热平衡几乎全年为负值,海面为浮冰所覆盖;北侧冬夏分别为极地气团与温带海洋气团轮流控制,季节性明显,故称极锋南部为极地海区,北部至副热带海区为亚南极海区。南极绕极流在太平洋东岸的向北分支称为秘鲁流;在大西洋东岸的向北分支称为本格拉流;在印度洋的向北分支称为西澳流。它们分别在各大洋中向北汇入南赤道流,从而构成了南半球各大洋的反气旋式大环流。

在南北半球西风漂流区内,存在着频繁的气旋活动,降水量较多,气旋大风不断出现,海况恶劣,特别在南半球的冬季,风与浪更大,故有“咆哮45°”“咆哮好望角”的传称。

4)东边界流

大洋的东边界流有太平洋的加利福尼亚流、秘鲁流,大西洋的加那利流、本格拉流及印度洋的西澳流。由于它们从高纬流向低纬,因此都是寒流,同时都处在大洋东边界,故称东边界流。与西边界流相比,它们的流幅宽广、流速小,而且影响深度也浅。

上升流是东边界流海区的一个重要海洋水文特征。这是由于信风几乎常年沿岸吹,而且风速分布不均,即近岸风小,海面上风大,从而造成海水离岸运动所致。前已提及上升流区往往是良好的渔场。

另外,由于东边界流是来自高纬海区的寒流,其水色低、透明度小,形成大气的冷下垫面,造成其上方的大气层结稳定,有利于海雾的形成,因此干旱少雨。与西边界流区具有气候温暖、雨量充沛的特点形成明显的差异。

5)极地环流

(1)北冰洋中的环流。北冰洋内主要有从大西洋进入的挪威流及一些沿岸流。加拿大海盆中为一个巨大的反气旋式环流,它从亚洲、北美交界处的楚科奇海穿越北极到达格陵兰海,部分折向西流,部分汇入东格陵兰流,一起把大量的浮冰携带进入大西洋,估计每年10 000 km3。其他多为一些小型气旋式环流。

(2)南极海区环流。在南极大陆边缘一个很狭窄的范围内,由于极地东风的作用,形成了一支自东向西绕南极大陆边缘的小环流,称为东风环流。它与南极绕极流之间,由于动力作用形成南极辐散带。与南极大陆之间形成海水沿陆架的辐聚下沉,此即南极大陆辐聚。这也是南极陆架区表层海水下沉的动力学原因。

极地海区的共同特点是:几乎终年或大多数时间由冰覆盖,结冰与融冰过程导致全年水温与盐度较低,形成低温低盐的表层水。

6)副热带辐聚区

在南北半球反气旋式大环流的中间海域,流向不定,因季节变化而分别受西风漂流与赤道流的影响,一般流速甚小。由于它在反气旋式大环流中心,表层海水辐聚下沉,称为副热带辐聚区。它把大洋表层盐度最大、溶解氧含量较高的温暖表层水带到表层以下,形成次表层水。该区内的天气干燥而晴朗,风力微弱,海面比较平静。由于海水辐聚下沉,悬浮物质少,因此具有世界大洋中最高的水色和最大透明度,也是世界大洋中生产力最低的海区,故有“海洋沙漠”之称。

以上就是世界大洋表层在水平方向上的主要环流及其特征。除此之外尚有一些区域性海流。例如,瑞德(Ried,1959)在南太平洋的赤道流中发现了一支赤道逆流,尤德(Uda,1955)在北太平洋发现了一支副热带逆流等,但它们的持续性及其在总的大洋环流中的作用,目前尚不完全了解。