大西洋溫鹽環(huán)流的氣候效應(yīng)

1、大西洋溫鹽環(huán)流的氣候效應(yīng)王濤摘要：THC （溫鹽環(huán)流）是由海水溫度、鹽度差異驅(qū)動的全球洋流循環(huán)系統(tǒng)。在 氣候系統(tǒng)中，它對全球熱量輸送起到了十分重要的作用。它包括暖而咸的熱帶， 副熱帶表層水的北向輸送以及冷的北大西洋深層水的南傳，整體上構(gòu)成一強勁的 “經(jīng)圈環(huán)流系統(tǒng)”。由于溫鹽環(huán)流主要的活動區(qū)域在大西洋附近，因此在本文中 主要討論大西洋溫鹽環(huán)流對大西洋沿岸氣候的影響，以及大西洋與太平洋這兩個 世界大洋的表層流之間的差異以及這種差異為兩大洋附近帶來的氣候差異。關(guān)鍵詞：溫鹽環(huán)流大西洋氣候效應(yīng)引言：全球大洋環(huán)流系統(tǒng)的一個重要組成部分，是所謂的“大西洋溫鹽環(huán)流輸送 帶（THC）。該系統(tǒng)能夠?qū)⒋罅繜崃孔詿釒?/p>

2、輸送到北大西洋高緯地區(qū)。在冬季， 這些熱量被釋放給位于大洋之上、東移的大氣，從而極大的改變了北歐地區(qū)的冬 季氣溫。比較全球大洋的表層海溫分布，大西洋和太平洋之間最為顯著的差異位 于北半球的高緯地區(qū)，東北大西洋較之同緯度的北太平洋要溫暖的多。因此， THC強度的變化對于北大西洋地區(qū)的氣候至關(guān)重要，它被認為是氣候變化問題 所帶給人類的主要挑戰(zhàn)之一。盡管太平洋和大西洋在其各自的西邊界都有很強的北向表層流，即黑潮和灣 流，但是它們在高緯海域差別很大。太平洋黑潮向北延伸不遠，并且其南向回流 發(fā)生在近表層。在北大西洋，灣流的北向延伸很遠，在高緯海域，海水首先下沉 到較深的深度上，隨后再轉(zhuǎn)向南流?，F(xiàn)有的水文

3、觀測資料可以清楚的揭示出這種 環(huán)流差異。北大西洋表層凈向北的表層流通過冷卻作用，在高緯度下沉、轉(zhuǎn)化為 深層水團。與大西洋相反，太平洋的凈向北輸送幾乎為零，原因就在于北向的黑 潮表層流，隨后是在接近大洋表層處返回赤道的。因此大西洋和太平洋所帶來的 氣候效應(yīng)是不同的。溫鹽環(huán)流一全球海洋輸送帶在物理海洋學(xué)中，習(xí)慣將大尺度洋流分為上層海洋的風(fēng)生環(huán)流和深海的溫鹽 環(huán)流。迄今為止，人們對前者已經(jīng)有了較好地認識，而對后者的認識還很不足。 動力學(xué)表明，旋轉(zhuǎn)球體上得流體移動時主要集中在西邊界附近而形成西邊界流， 深層海流亦如此?，F(xiàn)代大西洋北部的深水源頭十分強勁，通過深層西邊界流可以 越過赤道最終進入南大洋與威德

4、爾海和羅斯海的深水匯合，然后再流進廣闊的印 度洋和太平洋海域而上升。深海中分布的碳-14含量表明，現(xiàn)代大洋完成一次循 環(huán)的時間尺度為千年量級。斯托梅爾最早提出了深海洋流的全球結(jié)構(gòu)，后來Gordon對溫躍層中的回流 傾向取道圍繞非洲的“暖水路徑”進行描述。但是溫鹽環(huán)流的實際結(jié)構(gòu)遠遠比“傳送 帶”復(fù)雜得多。世界大洋正是靠著這種復(fù)雜的熱鹽環(huán)流連接并調(diào)節(jié)洋盆間的海水 交換，并將熱量從低緯輸送到高緯度地區(qū)，其經(jīng)向熱量輸送可占海氣耦合系統(tǒng)總 貢獻的1/31/2。黃瑞新等認為各大洋之間的相互作用與影響可能是通過大洋的 溫躍層調(diào)整來完成的。大洋熱鹽環(huán)流的多平衡態(tài)及其氣候效應(yīng)現(xiàn)代大洋熱鹽環(huán)流的一個顯著特征是洋盆

5、間處于不對稱狀態(tài)這主要體現(xiàn)在 北大西洋有活躍的深水形成，而北太平洋僅能形成中層水，其深水是源于南極形 成的底水和北大西洋形成的深水，并通過混合作用處于上升狀態(tài)。觀測表明，現(xiàn) 代北大西洋比北太平洋的放射性碳-14含量要高（由于放射性衰變，碳-14含量 將隨著深海水團的“年齡”增加而不斷減少），亦說明北太平洋深水年齡較“老”或 者說通風(fēng)較差。受熱鹽環(huán)流不對稱的影響，北大西洋海表的平均溫度高于同緯度 北太平洋海表溫度，導(dǎo)致北大西洋可以向其上方的大氣釋放更多的熱量和水氣， 在盛行風(fēng)的影響下使處于北大西洋東岸的北歐比同緯度其它地區(qū)的氣候要溫和 宜人得多。如挪威的博多位于6717N、1425E ,1月份的

6、平均溫度為零下2C,7月份的平均溫度為14C，而阿拉斯加的諾母位于6430N、16526W , 1月 份平均溫度為零下15C, 7月份平均溫度為10C。1906年美國地質(zhì)學(xué)家Cham Berlin首先意識到深海對氣候的影響。50年 后，美國海洋學(xué)家斯托梅爾從理論上預(yù)言大洋深海環(huán)流存在著對應(yīng)不同氣候的 多平衡態(tài)。后來Bryan用理想的單洋盆數(shù)值環(huán)流模式驗證了該理論結(jié)果，即在 同一強迫下單洋盆環(huán)流系統(tǒng)至少有3種平衡態(tài)：一個赤道對稱的環(huán)流，兩個鏡 像極到極的環(huán)流。從此，科學(xué)家們開始關(guān)注熱鹽環(huán)流狀態(tài)與氣候變化甚至氣候突 變之間的微妙關(guān)系。Marotzke在對理想對稱的兩大洋環(huán)流模式研究中發(fā)現(xiàn)4種不同的

7、環(huán)流形式， 可簡化為圖所示狀況，其中(a )對應(yīng)于太平洋無深水生成而大西洋有深水生成 的現(xiàn)代大洋熱鹽環(huán)流狀態(tài);(b)為太平洋有深水生成而大西洋無深水生成;(c) 為太平洋和大西洋都有深水生成；(d )為太平洋和大西洋均無深水生成。而非對 稱兩大洋模式仍有北太平洋深水形成的環(huán)流形式結(jié)果。顯然，不同的海洋環(huán)流形 式對應(yīng)不同的氣候態(tài)。圖表1大西洋與太平洋環(huán)流組合的四種氣候態(tài)諸多研究發(fā)現(xiàn)Sahel、歐洲、巴西東北部、北美的降水與THC活動密切相 關(guān)。當(dāng)THC減弱時，Sahel、西歐和北歐、美國中北部、加拿大中部和北部、 南美東北部及南部降水減少；Sahel以南及中非地區(qū)、美國西和南部及墨西哥東 部、巴

8、西大部分地區(qū)降水增加；其中Sahel、中非、英國及西歐、北美西部、 美國南部及墨西哥東部、巴西大部分、南美東北和南部降水變化都通過了 90% 的信度檢驗。當(dāng)THC強時，情況相反。但是環(huán)流場對THC冷暖狀態(tài)時的海溫 響應(yīng)并不對稱，從降水上來看，THC強時Sahel地區(qū)降水比THC弱時變化更加 明顯，而且降水帶比干旱帶面積大，遠伸到埃塞俄比亞高原；加拿大北部在THC 強、弱時降水都有所減少；西歐及中歐在THC強、弱時降水也都減少，但是在 THC弱時，降水減少更加明顯；北歐在THC兩種狀態(tài)下降水都有所增加，但是 在THC強時增加更加明顯。THC活動主要集中在大西洋，其影響在大西洋地區(qū)最為顯著。現(xiàn)代大洋熱 鹽環(huán)流的一個顯著特征是洋盆間處于不對稱狀態(tài)，這主要體現(xiàn)在北大西洋有活躍 的深水形成，而北太平洋僅能形成中層水，其深水是源于南極形成的底水和北大西洋形成的深水，并通過混合作用處于上升狀態(tài)。受熱鹽環(huán)流不對稱的影響，北 大西洋海表的平均溫度高于同緯度北太平洋海表溫度，導(dǎo)致北大西洋可以向其上 方的大氣釋放更多的熱量和水氣，在盛行風(fēng)的影響下使處于北大西