一、海氣相互作用與環(huán)流

、海氣相互作用與環(huán)流海洋與大氣之間通過(guò)一定的物理過(guò)程發(fā)生相互作用，組成一個(gè)復(fù)雜的耦合系統(tǒng)。海洋對(duì)大氣的主要作用在于給大氣熱量及水汽，為大氣運(yùn)動(dòng)提供能源。大氣主要通過(guò)向下的動(dòng)量輸送（風(fēng)應(yīng)力），產(chǎn)生風(fēng)生洋流和海水的上下翻涌運(yùn)動(dòng)，兩者在環(huán)流的形成、分布和變化上共同影響著全球的氣候。海洋占地球表面積的70.8%，海洋的比熱（4186.8J/kgK）約為空氣比熱（718J/kgK）的6倍，全球10m深的海洋水的總質(zhì)量就相當(dāng)于整個(gè)大氣圈的質(zhì)量。如前所述，到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射能約有80%為海洋所吸收，且將其中85%左右的熱能儲(chǔ)存在大洋表層（約自表面至100m深處）,這部分能量再以長(zhǎng)波輻射、蒸發(fā)潛熱和湍流顯熱等方式輸送給大氣。圖6?11給出年平均逐日從海洋輸入大氣的總熱量。海洋還通過(guò)蒸發(fā)作用，向大氣提供大約86%的水汽來(lái)源。在圖6?11的總熱量中，平均而言，潛熱約占顯熱的8倍強(qiáng)。這種熱量的輸送，不僅影響大氣的溫度分布，更重要的是它是驅(qū)使大氣運(yùn)動(dòng)的能源，在大氣環(huán)流的形成和變化中有極為重要的作用。由此可見，海洋是大氣環(huán)流運(yùn)轉(zhuǎn)的能量和水汽供應(yīng)的最主要源地和儲(chǔ)存庫(kù)。12014016018016014012010080604020 0閣11年平均毎日從海洋輸入大氣的總熱量（單位：X0.484W）此外，在CO2循環(huán)中，海洋是CO2的巨大貯存庫(kù)，它也通過(guò)調(diào)節(jié)大氣中的CO2含量來(lái)影響氣溫和環(huán)流。海洋是從大氣圈的下層向大氣輸送熱量和水汽，而大氣運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的風(fēng)應(yīng)力則向海洋上層輸送動(dòng)量，使海水發(fā)生流動(dòng)，形成“風(fēng)生洋流”，亦稱“風(fēng)海流”。由圖6?12可見，世界洋流分布與地面風(fēng)向分布密切相關(guān)。在熱帶、副熱帶海洋，北半球洋流基本上是圍繞副熱帶高壓作順時(shí)針向流動(dòng)，在南半球則作反時(shí)針向流動(dòng)。由圖6?12可見，因信風(fēng)的推動(dòng)，在赤道具有由東向西的洋流，在北半球稱北赤道洋流，在南半球稱南赤道洋流。為維持海水的連續(xù)，于是在南北赤道洋流間自然就發(fā)展一種補(bǔ)償洋流，方向與赤道洋流相反，由西向東流，稱赤道逆流。在副熱帶高壓西側(cè)，具有流向中高緯度方向的洋流。因海水來(lái)自低緯度，其溫度比流經(jīng)地區(qū)的水溫高，所以是暖流。例如，大西洋中的灣流水溫就很高，勢(shì)力也很強(qiáng)，它不僅有北赤道洋流的水流匯入墨西哥灣，而且還有一部分南赤道洋流注入，然后出佛羅里達(dá)海峽，沿美國(guó)東岸北流。這支暖洋流流量大，對(duì)沿岸氣候影響特別顯著。與此相對(duì)應(yīng)，在北太平洋西部有黑潮暖流，在南太平洋有東澳大利亞暖流、在南印度洋有莫桑比克暖流，南大西洋有巴西暖流。圖6?12世界洋疣及水溫距平的分布1.灣流；2.北大西洋漂流；3.東格陵蘭洋流；4.西格陵蘭洋流；5.拉布拉多洋流；6.加那利洋流；7.北赤道洋流；8.加勒比洋流；9.安的列斯洋流；10.南赤道洋流；11.巴西洋流；12.?？颂m洋流；13.西風(fēng)漂流；14.本格拉洋流；15.幾內(nèi)亞洋流；16.西南和東北季風(fēng)漂流；17.南赤道洋流；18.赤道逆流；19.莫桑比克洋流；20.厄加勒斯洋流；21.西澳大利亞洋流；22.黑潮洋流；23.北太平洋漂流；24.加利福尼亞洋流；25.北赤道洋流；26.赤道逆流；27.阿拉斯加洋流；28.堪察加洋流；29.南赤道洋流；30.東澳大利亞洋流；31.秘魯洋流；32.赤道逆流在副熱帶高壓北側(cè)盛行西風(fēng)，上述暖洋流在副高西側(cè)向極地方向流到緯度40°附近，乃受西風(fēng)影響折向東流，遇到大陸，分向南北流動(dòng)，在北半球向南的一支沿副高東側(cè)南流，因?yàn)檫@種洋流是從高緯向赤道方向流動(dòng)，其溫度比流經(jīng)地方的水溫低，所以是冷流。例如，在北大西洋沿北非西岸有加那利冷流，在北太平洋沿美國(guó)西岸有加利福尼亞冷流，在南太平洋有秘魯冷流。在緯度40°以上的洋面，洋流繞著副極地低壓流動(dòng)，這在北半球表現(xiàn)最顯著。例如，北大西洋的灣流受冰島低壓東南部西南風(fēng)的影響，就有一支長(zhǎng)驅(qū)向東北方向流動(dòng)，稱北大西洋暖流，沿歐洲海岸伸入到巴倫支海。在冰島低壓的西部盛行北風(fēng)和西北風(fēng)，形成格陵蘭冷流和拉布拉多冷流。這些冷流來(lái)自北冰洋，攜有冰塊和巨大的冰山，冷流的密度大，當(dāng)它與灣流相遇時(shí)，就潛入灣流之下。北太平洋副極地低壓中心位于阿留申群島附近，環(huán)繞此低壓也有類似北大西洋的逆時(shí)針向洋流。在北美西岸有阿拉斯加暖流，在亞洲東岸有堪察加冷流。不過(guò)由于阿留申低壓沒(méi)有冰島低壓強(qiáng)，再加上北太平洋的地形與北大西洋不同，所以這里東西岸洋流強(qiáng)度比較弱。南半球中高緯度的洋面是開闊的，它的西風(fēng)漂流很強(qiáng)，水溫亦較低。印度洋季風(fēng)盛行，洋流也隨著發(fā)生季節(jié)的改變。在北半球冬季，印度洋中盛行東北季風(fēng)，因此在阿拉伯海具有西向洋流，稱東北季風(fēng)洋流；在北半球夏季因西南季風(fēng)盛行，所以洋流方向轉(zhuǎn)變180°，稱西南季風(fēng)洋流。綜上所述，海洋提供給大氣大量的潛熱和顯熱，成為大氣運(yùn)動(dòng)的能源，使大氣環(huán)流得以形成和維持。而大氣環(huán)流又推動(dòng)海水流動(dòng)，產(chǎn)生風(fēng)生洋流。這里必須指出：洋流的流向除受風(fēng)力作用外還受地轉(zhuǎn)偏向力和海水摩擦力的作用，因此洋流的流向并不和風(fēng)向一致，在北半球要向右偏，南半球要向左偏。洋流的流速遠(yuǎn)比風(fēng)速小。從鉛直方向而言，洋流的速度以海洋表面為最大，因摩擦力的影響，愈向下層流速愈小，至一定深度減弱為零。由于海洋不是無(wú)界的，風(fēng)場(chǎng)也是不均勻的，風(fēng)生洋流會(huì)產(chǎn)生海水質(zhì)量的輻合和輻散，特別是在海岸附近，由于側(cè)邊界的作用這種輻合和輻散作用尤為明顯。例如在熱帶、副熱帶大陸西岸，因離岸風(fēng)的作用，把表層海水吹流而去造成海水質(zhì)量的輻散，必然引起深層海水上翻(Upwelling)，由于深層海水水溫比表層水溫低，因此在上翻區(qū)海水水溫要比同緯度海洋表面的平均水溫為低。相反，如果風(fēng)向改變，海水質(zhì)量在此輻合，必然引起海水下翻(downwelling)，海面水溫將顯著增高，厄爾尼諾事件(后詳)就與此有密切關(guān)系。在暖海水表面一般是水溫高于