书城科普读物认识海洋系列丛书:海洋中无处不在的科学
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第6章 大洋环流

大洋中的海水从来都不是静止不动的。它像陆地上的河流那样,长年累月沿着比较固定的路线流动着,这就是“洋流”。不过,河流两岸是陆地,而海流两岸仍是海水。在一般情况下,用肉眼是很难看出来的。世界上最大的洋流,有几百千米宽、上千千米长、数百米深。大洋中的洋流规模非常大。洋流并不都是朝着一个方向流动的。在北太平洋,表层有一个顺时针环流;在南太平洋也有一个方向相反的环流,由南赤道暖流、东澳大利亚暖流、西风漂流和秘鲁寒流组成的逆时针方向的环流。在大西洋的南部和北部也各有一个环流,模样大体与太平洋相仿。北大西洋环流由北赤道暖流、墨西哥湾暖流、北大西洋暖流和加那利海暖流组成;南大西洋环流由南赤道暖流、巴西海暖流、西风漂流和本格拉寒流组成。印度洋有全球大气对流模式点特殊,只在赤道以南有个环流,位于印度洋中部赤道以北,由于洋域太小,又受陆地影响,不能形成长年稳定的环流。由于季节不同,印度洋北部的海流方向,随着季风改变:夏季是自东向西流,并在孟加拉湾和阿拉伯海形成两个顺时针的小环流;冬季则相反,海流由西向东流。北冰洋由于位置特殊,又受大西洋海流的支配,也只形成一个顺时针的环流。

大洋环流的形成,原因是多方面的。风、大洋的位置、海陆分布形态、地球自转产生的偏向力(称为科氏力)等都施加了影响,大洋环流的形成可以说是许多因素综合作用的结果。风不仅能掀起浪,还能吹送海水成流。常年稳定的风力作用,可以形成一支长盛不衰的洋流。经久不停的赤道流,就是被信风带吹刮的偏东风而形成的。稳定的西风漂流,则要归功于强有力的西风带。所以,有人把海洋表层流,称为“风海流”。但是,大洋环流形成的“环”,却不能把功劳都记在风的账簿上,因为海陆分布形态和地转偏向力的作用也非常重要。当赤道流一路西行,到了大洋西边缘时,被大陆挡住了去路,摆在面前的只有两条出路,一是原路返回东岸,二是转弯。但是,因为“后续部队”浩浩荡荡、源源不断地跟着来,全部返回是不可能的,只好分出一小股潜入下层返回,成为赤道潜流;其余大部分只得拐弯另辟他途,继续前进。赤道流向哪里转弯呢?这时,地转偏向力帮助了它。在北半球,洋流受到地转偏向力的作用,便向右转,在南半球则向左转。加上大陆的阻挡,水到渠成,洋流便大规模地向极地方向拐弯了。在洋流向极地方向进军途中,地转偏向力一刻也不放松,水循环示意图拉偏的劲头越来越足,到南北纬40°左右时,强大的西风带与地转偏向力形成合力,使洋流成为向东的西风漂流。同样的道理,西风漂流到大洋东岸附近,必然取道流向赤道,从而完成了一个大循环。

风雨的故乡

刮风和下雨像一对孪生兄弟,总是相伴而行。那么,地球上的风雨是从哪里来的呢?

不同的风雨,各有不同的成因和来源。但是,从地球宏观水循环的观点看问题,风雨起源于海洋,海洋是风雨的故乡。

在广阔的海面上,海水不断地蒸发进入大气层。海面上的气团就像一个吸满水的湿毛巾。湿气团上升成云,靠太阳和海洋供给的能量,由海面上升到大陆上空,又以雨雪形态降落到地面,再经江河返回海洋。地球上水的总量约为15亿立方千米,其中海水约为13.7亿立方千米。千百年来,如此循环不息,数量变化很小。风雨从海洋开始,又回到海洋,这就是地球水的自然循环。因此我们说海洋是风雨的故乡。

台风是一个典型的海陆水循环的气象事例。台风在赤道附近热带海洋上生成。赤道附近,太阳终年直射海面,海水吸收并储存了大量的太阳能量。海洋又不断地把水分和能量供给海面上的空气,海面上高温高湿的空气加速旋转上升,形成热带风暴。产生于菲律宾以东的太平洋上的,达到一定强度后,向我国和日本方向运动的热带风暴称为台风;而在大西洋加勒比海生成,袭击美洲大陆的热带风暴叫做飓风。

台风云图台风登陆会带来狂风暴雨。台风所过,大风、洪水成灾。但是,台风带来的大量雨水对于人类还是大为有益的。亚洲、非洲、美洲大陆北纬30°一带地方,是地球上空气下沉的地带,夏季受高气压控制,干旱少雨,形成大沙漠。台风带来的雨水,使我国的这一地带避免了沙漠化。台风带来充沛的雨水,有利于植物的生长和水库蓄水。

在地球上,海洋这个巨大的水体时时刻刻都在影响着大气。特别是赤道海域,受太阳辐射的海水,把巨大的热量释放到大气中,受热的空气流上升后,向地球的两极运动。在大气系统的影响下,北半球成了顺时针流动的大洋环流,南半球成了逆时针流动的大洋环流。在大洋环流的影响下,又形成一些分支洋流,像是洋中大河。带着巨大热能的洋流,将大量的热能输送到沿途的大气中,这就形成各地不同的气候——风雨冰雪天气。由于种种原因,如寒暖流的流向不同,大洋中形成了千差万别的海洋环境。人们在长期的实践中认识到,海洋是风雨的故乡。

地球村的空调器

由于航空航天和通讯等现代技术的进步,居住在世界各地的人们感觉彼此的距离缩短了。住在世界各地的人们,休戚相关,地球似乎变得很小,像一个村庄,于是有人便提出了“地球村”这个名词。如果把地球看成一个村庄或一个大城市的居民小区,海洋可不就是它的中央空气调节器吗?

“万物生长靠太阳”。太阳能量传送到地球,80%以上被地球表面吸收,不到20%反射到空中。海洋面积大,海水吸收热量的能力强,储存能量的能力大。到达地球的大部分太阳能量被海洋吸收并储存起来,海洋成为地球上的巨大的热能仓库。陆地表面吸收太阳热量能力差,而且集中在表层很浅的地方,储存能力也很差。白天热得快,夜晚也凉得快。这样一来,地球村热量的供应就主要由海洋来调节。海洋通过海水温度的升降和洋流的循环,并通过与大气的相互作用来影响地球的气候变化。

海洋不但通过大气来调节地球气候,而且还能为地球提供氧气。海洋浮游植物的光合作用,能向地球大气提供40%的再生氧气,另外60%的再生氧气是森林和其他地表植物提供给地球的。因此,人们把海洋与森林并称为地球的两叶肺。不过,地球的这两叶肺与动物的肺相反,它吸入二氧化碳,呼出新鲜氧气。

海啸

海啸是由于海底地震、海底火山爆发等原因而引发的一种波长很长、能量极大的波浪。海啸的波长通常可以达到300~400米,由于其波长长,能量衰减慢,一旦进入沿岸的浅水域,特别是那些口部宽阔而内部狭窄的“V”字形海湾中,波高将急剧增大,有时可达十几米乃至几十米。加之海啸的能量多来自强地震,地震的巨大能量可造成从海底到海面几百米乃至上千米深的水层产生整体波动,因而海啸所具有的能量有时会大得惊人。由海啸引发的波浪时速可达600~800千米,传播距离可达数千千米,能对沿岸的建筑、港口和堤防设施以及航行中的船舶产生非常大的破坏力。例如:1896年6月在日本三陆发生的海啸,最大波高达24.4米,造成2.7万人死亡。1960年智利大地震所引发的海啸,摧毁了智利沿海3个城市和数十个村镇,16万栋建筑物被毁,6000多人死亡,200万人无家可归,同时该海啸还以每小时600余千米的速度横越太平洋,波及亚洲东海岸,仅在日本沿海就造成数万亩良田被冲毁、1000余栋房屋被冲走、15万人无家可归的惨重损失。1998年7月巴布亚新几内亚发生的海啸,巨浪高达15米,瞬间即摧毁了沿岸的所有建筑,造成2200多人死亡。2004年12月26日发生在印度尼西亚苏门答腊岛亚齐省,由8级大地震所引发的海啸,是有记录以来造成危害最严重的一次海啸。该海啸的巨浪席卷了印度尼西亚、斯里兰卡、马尔代夫、印度、马来西亚、泰国、缅甸、孟加拉等多个国家的沿海地区,沿岸的所有建筑物几乎全都被摧毁,致使23万人遇难或者失踪,170万人无家可归。巨大的海浪竟能将斯里兰卡沿海一列正在行驶中的火车掀翻,并使岛国马尔代夫首都马累所在的岛屿有2/3面积被淹。此外,该海啸还越过印度洋,袭击了非洲东海岸,致使索马里、肯尼亚、坦桑尼亚、塞舌尔等国的沿海地区也遭受到不同程度的损失,遇难人数逾百人。灾难过后,日本的有关专家根据海啸在其发源地附近海岸边所留下的痕迹推测,该海啸所引发的巨浪高达34米。

为了加强对海啸的预警预报工作,尽可能减少海啸的危害,联合国教科文组织(UNESCO)下属的政府间海洋学委员会(IOC)的国际海啸协调组(ICG/ITSJ),负责协调与监督国际海啸警报系统的运作,并成立了国际海啸信息中心(ITIC)。该组织现已发展到28个成员国,并在太平洋、印度洋、加勒比海、地中海建立了预警预报系统。其中,建在美国夏威夷群岛檀香山附近的太平洋海啸预报中心(PTWC)是太平洋区域的国际警报中心,自1965年被海啸摧毁的房屋成立起即成为太平洋区域海啸警报系统(TWSP)的业务中心。该中心在阿拉斯加及太平洋沿岸设有若干套监测系统和地震、海浪监测站,根据各监测站的监测数据,并联合其他机构,对环太平洋地区的地震与海啸进行监测和预报,及时向环太平洋国家和地区发布信息。印度尼西亚大海啸发生后,东南亚部分国家和地区也在积极运筹建立地震和海啸联合观测与预报系统。

海啸虽然可怕,但在其发生前大多还是有一些先兆的,人们若能根据这些先兆预先提防,并采取自救措施,就能够减轻其危害。如:

①地震可以作为海啸的天然警报,一旦发生地震,沿海地区的居民就应该提高警惕,密切关注海水的变化。

②在海啸到来之前,海水通常会大幅度地后撤,海面显著降低,该现象可以作为海啸来临的预兆。

③海啸的巨浪行进速度非常快,并且不只是一次大浪,而是一连串的大浪,因此应及早逃离海边,并尽可能快地向高处逃生。

但是,也并非所有海啸都有明显先兆,或者都可以提前进行预报。若地震就发生在海岸附近的浅层海底,地震发生后短时间内就可能引发海啸,有时根本来不及发出预报,即使是最先进的预报系统也无能为力。例如:1998年7月发生在巴布亚新几内亚沿海的海啸,7.0级地震的震中就在海岸附近,地震发生后还不到10分钟就引发了大海啸。2004年12月26日的印度尼西亚大海啸大致上也是如此。