洋流

地球科学

yáng liú

洋流是一种持续的定向海水流动,由风力、温度和盐度差异、地球自转以及潮汐共同驱动。

Definition

洋流是一种大尺度的定向海水流动,其中一些由地表的风力驱动,另一些则由密度差异驱动,这种差异使寒冷、含盐量高的海水下沉,并沿洋底缓慢流动。表层洋流受风应力、科里奥利效应和大陆位置的共同塑造,形成在北半球呈顺时针方向旋转的环流圈,其中埃克曼输送使海水沿相对于风向偏转 $90^\circ$ 的方向运动,而斯维尔德鲁普理论则解释了为什么流动会集中增强为墨西哥湾流这样强劲的西边界流。深层洋流则构成了由密集海水在格陵兰附近以及南极周围海冰形成期间下沉所驱动的全球温盐环流,即“输送带”,其中仅大西洋经向翻转环流一项,就向北输送约 $1.2 \times 10^{15}$ 瓦特的热量,在热带和两极之间重新分配着这份温暖。

Example

墨西哥湾流是一股温暖的洋流,沿东海岸经过外滩群岛流向欧洲,以最高每秒 $2\ \text{m}$ 的速度输送温暖的海水,使西欧的冬季远比处于同一纬度的拉布拉多温和得多,而寒冷的拉布拉多寒流在外滩群岛近海与之相遇,形成了丰富的渔场和频繁的雾气。当墨西哥湾流流经哈特拉斯角时,其输送量超过每秒 $1$ 亿立方米,超过全世界所有河流总流量的一百多倍;而在上一次冰期的海因里希事件期间,淡水洪流曾削弱这一翻转环流,在几十年内使北大西洋降温。

Key Insight

洋流输送的热量和水一样多,这也是为什么被某股洋流温暖的附近海岸能够保持温和气候,而被冷洋流冷却的海岸则保持干燥;深层海水完成全球“输送带”一整圈循环大约需要一千年,这意味着今天在格陵兰附近下沉的海水,可能要到公元 3000 年才会重新浮出水面。这一翻转环流还被认为是气候系统中一个可能的“临界要素”,因为格陵兰冰川融化造成的北大西洋淡化,可能会削弱驱动这一环流的下沉过程,而古气候记录显示,它此前也曾经历过突然的状态转变。