了解洋流：一份全球指南

覆盖地球70%以上的海洋远非静止。它们在多种力量复杂的相互作用下持续运动，形成了被称为洋流的巨大、旋转的水流之河。这些洋流是地球气候系统的基础，影响着天气模式、分配热量，并支持着多种多样的海洋生物。对于任何对气候科学、海洋生物学、全球航行感兴趣，或仅仅想理解我们星球相互关联性的人来说，了解洋流至关重要。

什么是洋流？

洋流本质上是海洋中大规模的水体运动。它们可以是水平或垂直的，表层或深水的流动。这些运动由多种因素驱动，包括风、温度、盐度和地球自转。它们就像海洋中的河流，将水、热量、营养物质和海洋生物输送到遥远的地方。

洋流的类型

• 表层洋流： 这些洋流主要由风驱动，通常延伸至约200米（650英尺）的深度。它们约占海洋总水体运动的10%。主要的表层洋流通常遵循全球风系的一般模式，如信风和西风。
• 深层洋流： 由水密度差异驱动，主要由温度和盐度变化引起。这个过程被称为温盐环流（thermo - 温度，haline - 盐度）。深层洋流负责输送海洋中剩余的90%的水。它们比表层洋流慢得多，完成一个循环需要数百年甚至数千年。

洋流是如何形成的？

有几个因素促成了洋流的形成：

1. 风

风是表层洋流的主要驱动力。持续的风，如信风（在赤道附近由东向西吹）和西风（在中纬度地区由西向东吹），对海洋表面施加拖曳力，使水体运动。这种风驱动的运动随后受到科里奥利效应的影响。

2. 科里奥利效应

科里奥利效应是由地球自转引起的一种现象。它导致运动的物体，包括洋流，在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。这种偏转对于塑造大规模的洋流模式至关重要，形成了主要大洋盆地中特有的环状环流。

3. 温度

温度差异导致水密度的变化。温水比冷水密度小，倾向于上升，而冷水密度大，则会下沉。这些温度梯度对表层和深层洋流都有贡献。例如，湾流是一股暖流，起源于墨西哥湾，沿着北美东海岸流动，为西欧带来温暖。

4. 盐度

盐度（水的含盐量）也影响密度。盐度较高的水比盐度较低的水密度更大。高盐度水倾向于下沉，有助于形成深层洋流。极地地区海冰的形成留下了更咸、密度更大的水，这些水下沉后驱动深水洋流。

5. 洋盆和海岸线的形状

大陆和洋盆的形状在引导洋流方面也起着重要作用。当洋流遇到陆地时，它们会被偏转，从而影响环流模式。例如，马六甲海峡的狭窄影响了印度洋和太平洋之间的水流。

主要洋流及其影响

让我们来探索全球一些最具影响力的洋流：

1. 湾流

湾流是一股强大、温暖且迅速的大西洋洋流，它起源于墨西哥湾，沿美国东海岸向北流动，并横跨大西洋流向北欧。它显著地调节了西欧的气候，使其比同纬度的其他地区温和得多。如果没有湾流，像英国、爱尔兰和挪威等国家的气候将会冷得多。

2. 北大西洋暖流

作为湾流的延伸，北大西洋暖流将温暖的海水向北输送至欧洲西海岸，进一步影响该地区的气候。它还将大量热量输送到北极，影响海冰的形成。

3. 黑潮

黑潮是北太平洋西部的一股温暖的向北流动的洋流，与湾流相似。它起源于菲律宾附近，沿日本海岸流动，为该地区带来温暖，并影响东亚的气候。它还有助于海洋生物和营养物质的输送。

4. 加利福尼亚洋流

加利福尼亚洋流是沿北美西海岸向南流动的寒流。它从北方带来寒冷、富含营养的海水，支持着多样化的海洋生态系统，包括鲸鱼、海狮和各种鱼类。这股洋流也促成了沿海雾的形成。

5. 洪堡洋流（秘鲁洋流）

洪堡洋流是沿南美洲西海岸向北流动的寒流。由于富含营养的海水上涌，它是世界上生产力最高的海洋生态系统之一，支持着大量的鱼类、海鸟和其他海洋生物。它在秘鲁和智利等国的渔业中扮演着至关重要的角色。

6. 南极绕极流 (ACC)

南极绕极流是世界上最大的洋流，围绕南极洲向东流动。它连接了大西洋、太平洋和印度洋，在全球热量分布中起着重要作用，影响着南半球的气候。它还隔离了南极洲，有助于维持该大陆的寒冷气候。

7. 阿古拉斯洋流

这是一股沿南部非洲东海岸流动的强劲西部边界流。它将印度洋温暖、含盐的海水向南输送。阿古拉斯洋流对印度洋的热量收支有贡献，并与显著的涡流形成有关，这些涡流可以影响热量和海洋生物的输送。

温盐环流：全球输送带

温盐环流，常被称为全球输送带，是地球气候系统的重要组成部分。这是一个由水密度差异（主要是温度和盐度）驱动的全球尺度环流模式。这个持续的水循环在地球周围分配热量、影响全球气候模式方面起着至关重要的作用。

这个过程始于北大西洋，那里的冷、咸水下沉，形成深水团。然后，这些密度大的水向南扩散，最终流入印度洋和太平洋。由于变暖和混合作用，它在太平洋和印度洋上升，最终返回大西洋，完成循环。这个缓慢、持续的循环需要数百甚至数千年才能完成一个完整的回路。

洋流对海洋生物的影响

洋流在支持海洋生态系统中扮演着至关重要的角色：

• 营养物质输送： 洋流通过上升流将必需的营养物质，如硝酸盐和磷酸盐，从深水区输送到表层。这些营养物质对作为海洋食物网基础的浮游植物至关重要。
• 氧合作用： 洋流有助于为水体充氧，这对海洋生物的生存至关重要。
• 幼体扩散： 洋流输送许多海洋物种的幼体，促进它们的扩散，并有助于种群的遗传多样性。
• 迁徙模式： 许多海洋物种，如鲸鱼、海龟和各种鱼类，利用洋流进行迁徙，利用有利的条件进行觅食、繁殖和产卵。

洋流与气候变化

洋流受到气候变化的显著影响：

• 海水变暖： 随着海洋吸收大气中多余的热量，洋流的温度上升，影响海洋生物、珊瑚礁和天气模式。
• 盐度变化： 冰川融化和降水增加正在改变海洋盐度，可能扰乱温盐环流。温盐环流的减弱可能导致区域和全球气候的重大变化。
• 海平面上升： 洋流的变化可能导致海平面上升，影响沿海社区和生态系统。
• 极端天气： 洋流的变化可以加剧极端天气事件，影响全球的飓风、台风和其他风暴。例如，湾流位置或强度的变化会显著影响大西洋风暴的强度。

厄尔尼诺现象和拉尼娜现象

这是两个与洋流密切相关的主要气候模式，特别是厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）。它们显著影响全球天气模式：

• 厄尔尼诺现象： 中部和东部太平洋表层海水变暖。这可能导致天气模式的广泛变化，包括一些地区（如南美洲西海岸）降雨增加，而另一些地区（如澳大利亚和东南亚）则出现干旱。
• 拉尼娜现象： 与厄尔尼诺现象相反，其特征是中部和东部太平洋表层海水变冷。拉尼娜现象通常带来与厄尔尼诺现象相反的影响，例如澳大利亚和东南亚降雨增多，而美洲部分地区则较为干燥。

洋流与全球航行

几个世纪以来，水手和航海家依靠对洋流的了解来进行高效航行。了解洋流模式可以显著减少航行时间、燃料消耗以及遭遇恶劣天气条件的风险。现代航运公司和邮轮公司继续使用先进的洋流模型和数据来优化航线并提高安全性。

• 早期航行： 古代水手利用他们对风和波浪模式的观察来估计洋流的方向和速度。了解盛行洋流对于横跨大西洋和太平洋的航行至关重要，有助于探险和贸易。
• 现代航行： 现代导航系统，如GPS和电子海图，整合了洋流数据，提供船只漂移的准确估计并优化航线规划。基于卫星的测量提供洋流状况的实时信息，进一步提高了导航的准确性。
• 对航线规划的影响： 通过了解洋流的方向和强度，船只可以节省大量时间和燃料，尤其是在长途航行中。例如，顺流航行可以显著减少航行时间，而逆流航行则会增加航行时间。

研究洋流：我们如何了解它们

科学家采用多种方法来研究洋流：

• 卫星测高法： 卫星测量海平面高度，可用于推断洋流的速度和方向。海洋区域海平面高度的差异使科学家能够估计洋流的流向。
• 浮标和漂流器： 这些仪器被部署在海洋中，追踪水的运动。特别是漂流器，提供有关表层洋流的信息。GPS被用于位置跟踪。
• 海流计： 这些仪器用于测量特定深度的水流速度和方向。它们可以固定在特定位置或从船上部署。
• 声学多普勒流速剖面仪 (ADCPs)： 这些仪器使用声波测量整个水柱中水流的速度和方向，提供详细的洋流剖面。
• 水文调查： 这些调查涉及收集温度、盐度和其他水体属性的数据，用于绘制水团分布图并了解洋流的驱动因素。
• 数值模型： 计算机模型使用数学方程来模拟海洋环流并预测洋流的行为。这些模型整合了来自卫星、浮标和其他来源的数据，为复杂的海洋学过程提供洞见。

洋流研究的未来

对洋流的研究在不断发展，新的技术和方法层出不穷。未来一些令人兴奋的研究领域包括：

• 改进气候模型： 研究人员正在努力通过整合更详细的洋流信息来改进气候模型，这对于理解和预测气候变化至关重要。
• 增强的卫星观测： 卫星技术的进步使得对洋流的测量更加精确和全面，为其动态提供了宝贵的见解。
• 数据整合： 科学家越来越多地整合来自多个来源（包括卫星、浮标和模型）的数据，以更全面地了解洋流。
• 理解人类活动的影响： 正在进行进一步的研究，以评估污染和气候变化等人类活动对洋流和海洋生态系统的影响。

结论

洋流是地球气候系统的重要组成部分，在支持海洋生物和全球航行方面发挥着关键作用。从湾流的温暖海水到洪堡洋流富含营养的上升流，这些巨大的、流动的水之河以深远的方式影响着我们的星球。随着气候变化继续影响海洋，理解和监测洋流对于保护我们的星球和确保海洋生态系统的可持续性变得越来越重要。通过继续研究和探索洋流的复杂性，我们可以更深刻地体会到我们世界的相互关联性，并努力实现一个更可持续的未来。