书城科普读物新编科技知识全书:神秘海洋与生物
45926800000010

第10章 海洋的“流”动(1)

海水总是闲不住,无时无刻都在不停地流动,除了作垂直运动的潮汐外,还有水平移动的海流。有的在大洋中大范围移动,有的在岸边小面积运动。海流有哪些类型,潮汐的胞弟是谁,大洋中海水是怎样循环的,黑潮真是黑色的吗,暖流果真是热的吗,中国海域的“流”况如何?。

海流的种类

海水大规模相对稳定的流动,称为海流(Ocean current),亦称洋流,它是海水重要的运动形式之一。世界海洋自表层至底部都存在海流。根据海流的成因大致可分为:(1)风海流。它是由风对海水的牵引作用而产生的。它又是指由当时气象条件下的风引起的暂时性的风生流和由信风或盛行风的长期吹动引起的漂流。(2)密度流。它是由于海水的温盐变化而产生海水密度的差异,从而引起的海水流动,亦叫热盐环流。(3)潮流。由天体引潮力引起的海水周期性水平运动。潮流在近岸、岛屿区和海峡区比较显著。(4)补偿流。如果某处海水因某种原因向它处流动,则必有其他地方的海水来补偿,形成补偿流。补偿流有水平方向的,也有垂直方向的。垂直方向的补偿流又有上升流和下降流之分。

海流的强弱与方向描述主要用流速和流向来表示。海流流速单位为米/秒、(或节);流向以地理方位角表示,指海水流去的方向。例如,海水以0.1米/秒的速度向北流去,则流向记为0°(北),向东流去则为90°,向南流动为180°,向西流动为270°。流向和风向的定义恰恰相反,风向指风吹来的方向。海流是海洋内部能量传输的重要形式,对海上生产活动和军事活动有重要影响。

潮 流

海水受到月球和太阳的引力作用,除产生潮汐现象外,还同时产生了周期性的横向流动,这种海水横向流动称为潮流(Tidalcurrent)。潮汐和潮流像一对孪生兄弟。在我国多数海区,潮汐的升降与潮流的进退两者的周期是相同的,这说明,潮汐的涨落是外海海水潮流流入和流出的结果。由于各海区的潮波存在差异,有些海区,如秦皇岛附近的海区以及烟台外海等,其潮汐和潮流性质并不相同,即周期存在差异。

潮流受沿岸地形影响比较明显,在海峡、水道等处的潮流流速较大。潮流分为往复式和回转式两种:

(1)往复式潮流。多出现在海峡、水道、河口或狭窄港湾内,因受地形限制,潮流呈往复直线式交换。其流向有两个,即对流方向为涨潮流和落潮流。流速也有变化,不仅在每日的涨潮或落潮中有变化,而且在每半个月大潮和小潮间也有变化,即:

大潮流速=2×小潮流速=4/3平均流速:

例如,农历初一、十五大潮时潮流的流速为4节,小潮最强流速为2节,而平均流速则为3节。

(2)回转式潮流。多发生在江河入海口的外方、外海或广阔的海区,这种潮流的方向和速度是不断地随时间而变化的。一般在北半球其流向是向右转,在南半球向左转。在半日潮流的海区,每12小时25分回转一周。产生回转式潮流的原因是海区内同时存在几个潮波,彼此产生相互干扰,就可形成回转式潮流。南、北半球回转方向相反,是由于地球自转效应的结果。

为了掌握海区水域,特别是航道、锚地及登陆地段的流速、流向等情况,需要及时对潮流进行观测,称为验流。验流的资料,对提高舰船的航速、安全航行和进出锚地,对科研、航道疏浚及海港工程等都至关重要。

我国海区潮流情况表明:近岸潮差大的,潮流也大;海区岛屿多的,潮流流速强,且流向复杂。从海区来说,东海、黄海的潮流较显著,渤海和南海的潮流较弱。从潮流性质来说,渤海、黄海、东海除个别地方外,都是半日潮流和不规则半日潮流;南海除汕头以东是半日潮流外,其他地方日潮流成分较大,广东大陆沿岸多为不正规半日潮流,海南岛以西为日潮流。从潮流流速来说,渤海潮流的流速一般为1~2节,而葫芦岛、秦皇岛及登州头附近为2.5~3节,渤海海峡老铁山水道最大潮流流速可达6.3节;黄海的潮流多为回转式,海区中央流速1节,我国沿岸为2节,个别地区为3节,最大流速出现在成山头附近,达4节;东海海区潮流最大,近岸多为往复流,外海多为回转流,大的潮流流速在舟山群岛、三都澳和闽江口附近,可达7~8节,杭州湾大潮时曾出现过13节的潮流,台湾海峡的北口约为2节,澎湖以南也有2~3节;南海潮流总体讲比较弱,海区中央流速不超过0.2~0.3节,但在群岛区可达1~1.5节,沿岸1~2节,最大潮流流速出现在琼州海峡,达5节左右,北部湾日潮流强,强流区域流速也有2~3节。

大洋环流

大洋环流(Ocean icirculation)是指大洋中海流构成的循环系统,包括水平环流和垂直环流两个系统。水平环流是主要的,它不仅包括了大洋表层环流,而且还存在着次表层水、中层水、深层水和底层水的水平环流。人们谈论大洋环流通常着眼于大洋表层环流,所以我们本节也只介绍几个大洋的表层流情况。

1.太平洋环流

太平洋的表层环流与太平洋海面风场有密切关系。主要有:南、北太平洋副热带环流;太平洋赤道流系;北太平洋亚北极环流;南极绕极流和极地东风漂流等。总的趋势是:西部边界流强,东部边界流弱;北太平洋的环流比南太平洋强。黑潮是太平洋中最大的暖流。

要介绍太平洋表层环流,就应当从赤道流系谈起。太平洋低纬度地区的东南信风和东北信风分别引起了自东向西的南赤道流和北赤道流,与其间自西向东的赤道逆流共同构成太平洋赤道流系,在赤道南北各自产生一个顺时针和逆时针的热带环流。赤道海流宽度约2000千米,厚度约200米,流速1节左右,靠近赤道一侧的流速比另一侧要大,在大洋西部比大洋东部要大。例如北赤道流从加利福尼亚半岛尖端的东南部开始向西横贯太平洋,长约1.4万千米,宽度从北纬10°到22°,厚约200米,流速平均0.4~0.6节,西部可达0.9节。北赤道流至菲律宾东岸,一个分支向南与南赤道流北向分支汇合成东向的赤道逆流,而主支则北上形成黑潮。在北纬35°附近再分支,部分北上与亲潮会合,主支转向东流,至东经160°延伸为北太平洋流,又叫西风漂流。其主干流速为1~1.5节。接近北美洲西岸时,又分成两支,一支北上为阿拉斯加暖流,大部分转向东南成加利福尼亚寒流,南端与北赤道流源衔接,从而完成了北太平洋副热带流顺时针循环体系。这个环流位于中纬度,通常水温高、盐度大,所以又称为“北太平洋温水环流系统”。前面提高的阿拉斯加暖流在北上中,受极地东风吹送转而向西,形成北太平洋极流,和亲潮及北太平洋流共同组成逆时针的亚北极环流,由于水温低、盐度小,又称“北太平洋寒水环流系统。”

我们再看一下南太平洋的情况。上面已谈到北赤道流的循环过程,那么南赤道流呢?人们研究发现,由东南信风引起的南赤道流与北赤道流相对应。南赤道流东起科隆群岛附近,向西穿太平洋,宽度在北纬3°至南纬20°之间,平均流速比北赤道流大,8月份为1.0~1.2节。在新几内亚岛附近,一个分支向北加入赤道逆流,而主流则转向南形成东澳大利亚暖流。至南纬34°和35°之间又发生变化:一部分转向东北形成一支向北的逆流,同时受地形影响分裂出一系列直径为300~500千米的逆时针涡旋,继而向南进入塔斯曼海,然后经新西兰南部汇入西风漂流,再沿南纬40°至65°纬圈向东运动。到南美洲西岸后,部分向北形成广阔但流速不大的秘鲁寒流,没到科隆群岛就转向西加入南赤道流。这样如北太平洋环流一样,完成了南太平洋逆时针的副热带海流循环体系。另一部分经过南美洲南端的合恩角流入大西洋,称为合恩角海流。南太平洋西风漂流,是南极绕极流的一部分,再往南是极地东风带影响下的环绕南极大陆的极地东风漂流。

太平洋环流对太平洋及亚洲东部、美洲西部的气候影响很大。北太平洋和南太平洋西部热带海区,是热带气旋盛行的区域。南太平洋东部,气温较低,雾多雨少。

2.大西洋环流

与太平洋环流形式基本相似,其表层环流与大西洋海面风场相对应。主要有南、北大西洋副热带环流;大西洋赤道流系;北大西洋亚北极环流;南极绕极流和极地东风漂流等。总的趋势同太平洋,西部边界流强,东部边界流弱;北大西洋西边界流比南大西洋流强。湾流既是大西洋上也是世界上最强大的暖流。

北大西洋环流也是顺时针方向的副热带海流环流系流。它的闭合路线类似于太平洋环流。它由北赤道海流、安的列斯暖流、圭亚那暖流、加勒比暖流、湾流、北大西洋流(西风漂流)以及加那利寒流组成。

南大西洋环流为逆时针方向的副热带海流环流系统。它由南赤道海流、巴西暖流、福克兰寒流、西风飘流及本格拉海流组成。

值得一提的是南、北大西洋高纬度地区同时具有深层水和底层水的源地,深层环流较其他的大洋更为发达,底层海水更新快。高纬海区的环流特征,使海冰的范围和冰山数量比太平洋、印度洋大得多。

3.印度洋环流

印度洋由于地理条件的影响,使它与太平洋、大西洋的海流有些差别,它的海流系统中只有南半球的环流得到较好发展,形成了与其他大洋类似的环流模式。南部环流也为逆时针方向的大环流,由南赤道暖流、莫桑比克暖流、厄加勒斯暖流、西风飘流、西澳大利亚寒流组成。而在北半球由于海域小并且受到印度半岛的分割,构成不了上述典型的环流模式,而是受季风影响,形成季风环流。冬季,从10月至翌年4月,亚洲大陆被强大的冷高压所控制,盛吹东北季风,形成东北季风流,为逆时针方向环流;夏季,5月至9月,亚洲大陆为热低压,印度洋北部盛行西南季风,形成西南季风流,为顺时针方向环流。它受大洋环流西向强化作用,以流速强、厚度大著称,最大流速可达7节。

黑潮与亲潮

黑潮(Kuroshio)与亲潮(Oyashio)是北太平洋西岸主要的两支海流,与该区的气候、渔业以及我海军活动有密切关系。

上一节提到了北太平洋环流中,太平洋北赤道流在菲律宾群岛以东转向北上,从台湾岛东侧进入中国东海,这是一股暖流,因水色深蓝,远看呈黑色,故名黑潮。它是北太平洋副热带环流系统中的西部边界流,同时也是太平洋最强大的暖流。黑潮是我国人民在公元前4世纪最早发现的。黑潮的源地位于我国台湾东南和巴士海峡以东海域,其主流沿台湾东侧北上进入东海,再沿大陆架外缘流向东北。到北纬30°附近分出黄海暖流和对马暖流后,主流经吐噶喇海峡再入太平洋,沿日本诸岛沿岸流向东北。在北纬35°附近又分为两支:主干转向东,直至东经160°,称为黑潮延续体;另一支北上在北纬40°与来自高纬的寒流亲潮汇合一起转向东流汇于黑潮延续体,一起横过太平洋。有的海洋学家把从台湾南端开始到日本太平洋沿岸北纬35°附近这一段流动称为黑潮;从北纬35°向东到东经160°附近的流动称为黑潮续流;东经160°以东为北太平洋流,三者合称黑潮流系。黑潮的中心轴位置并不固定,有时一天之内可变化20千米左右,并有周期为数年的“大弯曲”现象,两侧常出现称做“流环”的中尺度涡旋,主流右侧还有逆流现象。这些都是黑潮细节变化部分,但总的流向趋势是不变的。在源地附近,黑潮厚度约为400~500米,流速1~2节,水温有时可达30℃;入东海后,厚度约为800~1 000米,流速1.5节,在出入水道口可达3.6节左右;在日本南部,厚度约600米,最大流速3~4节。冬季海面水温20℃,在150~200米水层,盐度最大值达35.0‰。黑潮对北太平洋西部沿海的气候变化及渔场有重要影响,其高温、高水色和高透明度以及较大的流速对潜艇活动有较大影响。

亲潮是从勘察加半岛东部沿千岛群岛南下的寒流,又叫千岛寒流。源于白令海西部,末端汇入黑潮。

白令海中的横向海流一部分与西岸的阿纳德尔海流汇合,沿西伯利亚东部海岸流向西南,在堪察加半岛东部形成强大的寒流,经科曼多尔海峡进入太平洋,即为亲潮的源头。它经千山群岛向南,把大量的北冰洋冷海水送到太平洋,最后,流幅变宽并分成数支,在北纬40°以北,与黑潮北上分支汇合,加入向东流向北太平洋流。另有一部分则下沉到黑潮水以下,继续向南形成潜流,可达北纬10°。亲潮在日本北海道南部外海,主支流宽约130~150千米,冬季流速1~2节,夏季流速为0.5~0.7节。

亲潮水温低,含氧量高,营养盐多,近似绿色。它与水温高、含氧量低、深蓝色的黑潮汇合后,寒暖交界面很明显,是理想的渔场,但海雾较多,影响航海安全。

最大的暖流——湾流

湾流是大西洋中的暖流(Warmcurrent),也是世界上各大洋的暖流中最强大的一支。上一节中,我们介绍的黑潮是太平洋中最大的暖流,但与湾流相比差之甚远;湾流与黑潮相比,更以流速强、流量大、流幅狭窄、流路蜿蜒、流域宽广而著称,其强流通常只限于75千米宽的一个窄带内,厚度约700~800米,表层最大流速可达5节。湾流具有高温、高盐、高透明度和高水色等显著特征,其表层水温可达25℃~26℃,即使在400米水深,水温仍有10℃~12℃,表层盐度在36.2‰~36.4‰之间。

湾流的上述特征对欧洲气候影响极大,其向西北欧每千米海岸每年输送的热量,相当于燃烧6000万吨煤释放的热量,它所起的作用与30个纬度的差异基本相当。使欧洲的高纬度地区依然温差不大,暖湿空气宜人。湾流每年把40万立方千米的海水从大西洋输入北冰洋,形成巴伦支海一带成为北纬60°以北冬季惟一不冻的海域。但是湾流和拉布拉多寒流交汇的海域也是世界上著名的多雾海区。

墨西哥暖流被称为世界上最强大的暖流。位于大西洋西北部、北美洲大陆东南侧的墨西哥湾内。墨西哥暖流由加勒比海暖流和安的列斯海流汇合而成,最大流速可达2.5米/秒,洋流的主流幅宽约为75千米,厚度约700多米,最大输水量为15 000万立方米/秒,比世界河流总输水量还大。由于墨西哥暖流的影响,湾内水温比周围海水高出80C。因为该暖流发源于墨西哥湾内而得名。

海区海流

中国近海的环流主要是由沿岸流系和外海流系构成,但因气候和环境的影响,不同季节和不同海区存在明显的变化。