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洋流又稱海流,人們形象稱為「海洋中河流」,是指海洋中海水沿著一定路線做大規模流動的現象。洋流是促成不同海區間水量、熱量和鹽量交換的主要原因,對氣候狀況、海洋生物、海洋沉積、交通運輸等方面,都有很大影響。

1 洋流 -概述

洋流洋流

海洋中的海水,按一定方向有規律地從一個海區向另一個海區流動,人們把海水的這種運動稱為洋流,也叫做海流。洋流的成因主要有大氣運動、行星風系、密度差異、陸地的形狀和地球自轉產生的地轉偏向力等,其中的主要原因是由於長期定向風的推動。暖流流經的海區和沿海地帶,一般較同緯度其它海區氣溫高、空氣濕潤、比如歐洲的西部和北部的平均溫度比其它同緯度地區高出16~20℃,甚至北極圈內的海港冬季也不結冰。寒流會使流經海區和沿海地帶的氣溫降低、降水減少。比如澳大利亞西部和撒哈拉沙漠的西部,就是由於沿岸有寒流經過,致使那裡的氣候更加乾燥少雨,形成沙漠。洋流對氣候的影響主要表現在氣溫和降水兩個方面。由於洋流的規模十分巨大,因此它在熱量輸送中佔有十分重要的地位。總體上說靠近暖流的陸地多雨和溫暖,有利於各種動植物的生存,而呈現出物種的多樣性;靠近寒流的陸地則會寒冷、乾燥,只有少數適應性極強的物種才能繁衍生存。

如果沒有洋流的話,地球上的赤道和熱帶地區,將比現在炎熱得多,而兩極地區,則將比現在寒冷得多,溫帶的寒冬酷暑變化激烈,也會令人難以忍受。

2 洋流 -形成

洋流洋流

大洋中深度小於二三百米的表層為風漂流層,行星風系作用在海面的風應力和水平湍流應力的合力,與地轉偏向力平衡后,便生成風漂流。行星風系風力的大小和方向,都隨緯度變化,導致海面海水的輻合和輻散。一方面,它使海水密度重新分佈而出現水平壓強梯度力,當它和地轉偏向力平衡時,在相當厚的水平層中形成水平方向的地轉流;另一方面,在赤道地區的風漂流層底部,海水從次表層水中向上流動,或下降而流入次表層水中,形成了赤道地區的升降流。

大洋上的結冰、融冰、降水和蒸發等熱鹽效應,造成海水密度在大範圍海面分佈不均勻,可使極地和高緯度某些海域表層生成高密度的海水,而下沉到深層和底層。在水平壓強梯度力的作用下,作水平方向的流動,並可通過中層水底部向上再流到表層,這就是大洋的熱鹽環流。

大洋表層生成的風漂流,構成大洋表層的風生環流。其中,位於低緯度和中緯度處的北赤道流和南赤道流,在大洋的西邊界處受海岸的阻擋,其主流便分別轉而向北和向南流動,由於科里奧利參量隨緯度的變化(β-效應)和水平湍流摩擦力的作用,形成流輻變窄、流速加大的大洋西向強化流。每年由赤道地區傳輸到地球的高緯地帶的熱量中,有一半是大洋西邊界西向強化流傳輸的。進入大洋上層的熱鹽環流,在北半球由於和大洋西向強化流的方向相同,使流速增大;但在南半球則因方向相反,流速減緩,故大洋環流西向強化現象不太顯著。

大洋表層風生環流在南半球的中緯度和高緯度地帶,由於沒有大陸海岸阻擋,形成了一支環繞南極大陸連續流動的南極繞極流。

NASA公布洋流圖,似梵高《星空》NASA公布洋流圖,似梵高《星空》

在大洋的東部和近岸海域,當風力長期地、幾乎沿海岸平行地均勻吹刮時,一方面生成風漂流,發生海水的水平輻合和輻散,而出現上升流和下降流;另一方面因海水在近岸處積聚和流失而造成海面傾斜,發生水平壓強梯度力而產生沿岸流,就形成沿岸的升降流。

大洋西向強化流在北半球向北(南半球向南)流動,而後折向東流,至某特定地區時,流動開始不穩定,流軸在其平均位置附近便發生波狀的彎曲,出現海流彎曲(或蛇行)現象,最後形成環狀流而脫離母體,生成了中央分別為來自大陸架的冷水的冷流環和來自海洋內部的暖水的暖流環。這是一類具有中等尺度的中尺度渦。此外,在大洋的其他部分,由於海流的不穩定,也能形成其他種類的中尺度渦。這些中尺度渦集中了海洋中很大一部分能量,形成了疊加在大洋氣候式平均環流場之上的各種天氣式渦旋,使大洋環流更加複雜。

在海洋的大陸架範圍或淺海處,由於海岸和海底摩擦顯著,加上潮流特彆強等因素,便形成頗為複雜的大陸架環流、淺內海環流、海峽海流等淺海海流。

3 洋流 -分類

按水溫分類

洋流洋流
1、暖流  若洋流的水溫比到達海區的水溫高,則稱為暖流。

一般從低緯度流向高緯度的洋流皆屬暖流。暖流流經的海區和沿海地帶,一般較同緯度其它海區氣溫高、空氣濕潤、雨量充沛,有利於農業生產。

2、寒流 若洋流的水溫比到達海區的水溫低,則稱為寒流。

一般由低緯度流向高緯度的洋流為暖流,由高緯度流向低緯度的洋流為寒流。寒流會使流經海區和沿海地帶的氣溫降低、降水減少。東西方向流動的洋流,一般屬暖流性質,唯有南半球的西風漂流,由於受南極大陸及海上浮冰的影響,海水溫度較低,屬寒流性質。

按成因分類

洋流形成的三種類型。洋流的成因風力最主要,其次是密度差異。
1、風海流 

大氣運動和近地面風帶,是海洋水體運動的主要動力。盛行風吹拂海面,推動海洋水隨風漂流,並使上層海水帶動下層海水,形成規模很大的洋流,叫做風海流。

2、密度流 

洋流洋流

由於各海域海水的溫度、鹽度不同,引起海水密度的差異,導致海水的流動,叫做密度流。

(1)、特點

地中海地區是地中海氣候,夏季炎熱乾燥,冬季溫和濕潤,地中海蒸發量大,地中海海水鹽度較高,而大西洋的海水密度大,水面降低,鹽度比地中海低,密度較小,水面比地中海高。因此,大西洋水面較高,地中海水面較低,大西洋表層海水會經直布羅陀海峽流入地中海,而地中海底層海水會從海峽底層流入大西洋。

例:二戰中,德軍潛水艇出入直布羅陀海峽,關閉了發動機,避開了英軍的監聽,繞到英軍背後,偷襲英軍得手。

(2)、分佈

密度流不只分佈在直布羅陀海峽一處,再比如,(曼德海峽)紅海與印度洋,紅海與地中海,波羅的海與北海,地中海與黑海。

印度洋表層海水流向紅海,紅海底部海水流向印度洋。

(3)密度流分佈規律:在封閉海區與開闊海洋之間的海峽,密度流的分佈一般都很明顯。

3、補償流 

由風力和密度差異所形成的洋流,使海水流出的海區海水減少,由於海水連續性要求,補償流失,相鄰海區的海水便會流來補充,這樣形成的洋流叫做補償流。

(1)、分佈

補償流形成與風海流,密度流緊密聯繫。可分垂直補償流主要發生在沿岸地區,在海岸附近,海水受風力作用發生運動,受離岸風或迎岸風的影響。

a、受離岸風影響由於離岸風吹送,表層海水離岸而去,導致鄰近海區海水流速來補償海水缺失,下層海水也上升到海面,來補償流去的海水,形成上升流(低緯信風帶大陸兩岸)寒流。

b、當表層海水遇到海岸或島嶼阻擋時,海水聚集在水平方向上發生分流,在垂直方向上產生下降流。

(2)、影響

a、上升流能把底層的營養鹽類物質帶到表層,使浮游生物大量生長,為魚類提供餌料,因此,上升流海區往往形成重要的漁場,比如秘魯漁場得益於秘魯寒流(上升補償流)。

世界海洋上還有其他海區也分佈著上升補償流,如加利福利亞寒流、本格拉寒流、加那利寒流。

b、洋流的形成除了受上面這些因素影響外,還受到陸地形狀和地轉偏向力影響,陸地形狀和地轉偏向力會迫使洋流在運動過程中,洋流的流動方向發生改變。洋流形成是受多種因素綜合作用的結果,這使洋流的分佈很複雜,但也是有一定規律的。

按照表層洋流系統劃分

洋流洋流

1、反氣旋型大洋環流  

信風帶作用下的信風漂流(南、北赤道暖流)向西流動,遇大陸后,一部分海水因信風切應力南北向速度分量不均和補償作用而折回,便形成了自西向東的赤道逆流和赤道潛流;另一部分信風漂流向高緯的南北分流,在北太平洋形成黑潮、在南太平洋形成東澳大利亞洋流、在南大西洋形成巴西洋流、在北大西洋形成北大西洋灣流、在南印度洋形成莫三比克洋流。  

西風帶作用下的西風漂流向東流動,遇大陸后,向兩側的高緯低緯分流,形成補償流,向低緯流的洋流有:北太平洋的加利福尼亞洋流、南太平洋的秘魯洋流、北大西洋的加那利洋流、南大西洋的本格拉洋流、南印度洋的西澳大利亞洋流。信風漂流、信風漂流遇大陸後向高緯轉向的補償流、西風漂流、西風漂流遇大陸後向低緯轉向的補償流,便構成各大洋副熱帶海區(僅指大洋的如下海區:北太平洋、南太平洋、北大西洋、南大西洋、南印度洋)的反氣旋型大洋環流。 

2、氣旋型大洋環流  

由西風漂流、西風漂流遇到陸地後向北分支形成的補償流、極地東風帶形成的中高緯大洋西岸的洋流組成北半球中高緯海區的氣旋型大洋環流。該環流在北太平洋上有:北太平洋暖流、阿拉斯加洋流、千島寒流;在北大西洋上有:北大西洋暖流、挪威暖流、東格陵蘭寒流。 

3、北印度洋季風漂流  

季風洋流是洋流的一種特殊形式,在季風的影響下隨著季風的變化而在一年中發生兩次流向相反變化的洋流。赤道以北的印度洋最典型,它位於熱帶季風區,夏季半年洋流在西南季風吹送下作順時針方向流動,加強了南赤道洋流;冬季半年刮東北季風,洋流作反時針方向流動,形成顯著的赤道逆流。  

4、南極繞極環流  

在極地東風帶的吹拂下形成環繞南極洲大陸一周的南極繞極環流,再往低緯方向為環繞南極大陸一周的西風漂流,因本海區自然特徵比較一致,有些學者把南極外圍海區稱為南極洋,另一部分學者認為大洋應有其對應的大洋中脊而不承認南極洋這一稱謂。

5、西風漂流

位於南北緯40°~60°之間西風帶的海域內,因受強大的西風推動,海水自西向東連續不斷的流動而形成的洋流。在南半球,因沒有大陸的阻擋,西風漂流橫穿太平洋、大西洋和印度洋的南部,形成環流性質,稱為西風環流。在北半球為北大西洋暖流和北太平洋暖流。

按地理位置分類
洋流洋流

1、赤道流

在赤道南北的低緯度海域,由於東南信風和東北信風的作用,形成的自東向西的南赤道流和北赤道流。研究表明,發生在秘魯沿岸的厄爾尼諾現象也與赤道流密切相關。

2、大洋環流

赤道附近的溫暖海水通過環流流向南北極海域,極地寒冷的海水通過環流流向赤道海域,構成了世界大洋的環流。

3、極地流

又稱極地寒流。

4、沿岸流

是指波浪推向岸邊,有時波峰列(波列)並不平行海岸線,兩者形成的夾角,一波一波的波浪推動成一股貼岸而行的海流。

4 洋流 -分佈

各大洋洋流的分佈和流動的方向雖然很複雜,但還是有規律可循的:

1、在赤道至南北緯40°或60°之間,形成一低緯度環流,其流向在北半球呈順時針方向,南半球成逆時針方向。每個環流的西部都是暖流,東部都是屬於寒流。

2、在北緯40°或60°以北形成一高緯環流。其環流方向為逆時針方向,環流西部為寒流,東部為暖流。

3、赤道以北的北印度洋,因位於北回歸線以南屬季風洋流。冬季吹東北季風,表層海水向西流,洋流呈反時針方向流動;夏季吹西南季風,表層海水向東流,洋流呈順時針方向流動。

4、東西方向流動的洋流,除南半球的西風漂流外,都具暖流性質。

5 洋流 -作用

海洋作用
洋流洋流

1、將多個不同洋域的熱能傳送至不同洋區(熱能上的平衡);   

2、將多個不同洋域的養分往不同的洋區;

3、將多個不同洋域含氧量不同的海水因洋流分佈往不同洋區。   

因此,洋流在地球的生物圈和物理環境上起了重要而積極的平衡和帶動作用,對大部分生物(包括陸地上)有存活上的積極幫助。

地質作用

洋流的地質作用主要在於搬運。海底磷礦是生活在水深100--500米深處的生物產生的磷酸岩物質通過上升流帶到淺處地帶后,發生生物化學作用而沉澱出來的。洋流對海底有輕微的侵蝕作用,並能搬運細粒的碎屑物質。

1966年以來,已查明在大洋底部有一種沿陸坡等深線方向流動的深部洋流,稱為等深流。等深流能對陸隆上的沉積物進行沖刷、搬運並再沉積,故對洋底沉積物特徵有重要影響。

6 洋流 -影響

對海洋污染的影響

有利也有弊:

1、可以使污染物因迅速擴散而加快其稀釋和凈化的速度;

2、陸地上許多污染物隨著地表流入大海,洋流可以把污染物攜帶到更加廣闊的海洋之中,從而擴大海洋污染的範圍,以致造成更大的災害。   

對氣候的影響

洋流洋流

洋流對大陸沿岸氣候有很大影響,寒流經過的地區對氣候有降溫、減濕的影響;而暖流則對沿途氣候有增溫、增濕的作用。   

1、對氣溫的影響

洋流使低緯度的熱量向高緯度的熱量傳輸,特別是暖流的貢獻。洋流對同緯度大陸兩岸氣溫的影響:暖流經過的大陸沿海氣溫高,寒流經過的大陸沿海氣溫低。   

2、對降水和霧的影響

暖流上空有熱量和水汽向上輸送,使得層結不穩定、空氣濕度增大而易產生降水。而寒流產生逆溫,層結穩定,水汽不易向上輸送,蒸發又弱,下層相對濕度有時雖然很大,但只能成霧,不能成雨。

寒流表面多平流霧,在以下幾種情況出現:海陸風霧:陸風在白天流到寒流表面而形成平流霧;海霧:在寒暖流交匯處,風自暖流表面吹至寒流表面而形成平流霧。

對海洋生物的影響

寒暖流交匯的海區,海水受到擾動,可以將下層營養鹽類帶到表層,有利於魚類大量繁殖,為魚類提供誘餌;兩種洋流還可以形成「水障」,阻礙魚類活動,使得魚群集中,往往形成較大的漁場:

1、北海道漁場:位於日本北海道島附近,日本暖流和千島寒流交匯;

2、北海漁場:位於歐洲北海,北大西洋暖流與極地東風帶帶來的北冰洋南下冷水交匯;

3、秘魯漁場:海岸盛行東南信風,為離岸風,導致上升補償流(亦稱涌流);

4、紐芬蘭漁場:加拿大紐芬蘭島附近,墨西哥灣暖流和拉布拉多寒流交匯。

在太平洋東部赤道地區的科隆群島(又名加拉帕戈斯群島),有企鵝分佈,是秘魯寒流的緣故。  

對航運的影響

如北大西洋西北部從加拿大北極群島與格陵蘭島附近海域南下匯聚成的拉布拉多寒流,在紐芬蘭島東南海域同墨西哥灣暖流相遇。冷暖海水交匯,使這裡經常存在一條茫茫的海霧帶。它還從北冰洋或格陵蘭海每年帶來數百座高大的冰山,漂浮而下,有許多進入灣流或北大西洋暖流中,給海上航行帶來嚴重的威脅。

7 洋流 -利用方式

導航

洋流洋流發電
人類對洋流傳統的利用是「順水推舟」。古人利用海流漂航。帆船時代,利用海流助航正如人們常說的「順水推舟」。18世紀時,美國政治家兼科學家富蘭克林曾繪製了一幅墨西哥灣流圖。該圖特別詳細地標繪了北大西洋海流的流速流向,供來往於北美和西歐的帆船使用,大大縮短了橫渡北大西洋的時間。

在東方,相傳二戰時,日本人曾利用黑潮從中國、朝鮮以木筏向本土漂送糧食。

現代人造衛星遙感技術可以隨時測定各海區的海流數據,為大洋上的輪船提供最佳航線導航服務。

發電

在海洋運動中,洋流對地球的氣候和生態平衡扮演著重要的角色。洋流循著一定的路線周而復始地運動著,其規模比起陸地上的巨江大川則要大出成千上萬倍。海水流動可以推動渦輪機發電,為人們輸送綠色能源。中國的洋流能源也很豐富,沿海洋流的理論平均功率為1.4億千瓦。

洋流花環式海流發電站示意圖

1、花環式發電站

海流發電是依靠海流的衝擊力使水輪機旋轉,然後再帶動發電機發電。海流發電站通常浮在海面上,用鋼索和錨加以固定。有一種浮在海面上的海流發電站看上去像花環,被稱之為「花環式海流發電站」。這種發電站是由一串螺旋槳組成的,它的兩端固定在浮筒上,浮筒里裝有發電機。整個電站迎著海流的方向漂浮在海面上,就像獻給客人的花環一樣。

2、駁船式海流發電站

由美國設計的,這種發電站實際上是一艘船,所以叫發電船更合適些。船舷兩側裝著巨大的水輪,在海流推動下不斷地轉動,進而帶動發電機發電。這種發電船的發電能力約為5萬千瓦,發出的電力通過海底電纜送到岸上。當有狂風巨浪襲擊時,它可以駛到附近港口避風,以保證發電設備的安全。

3、傘式海流發電站

誕生於20世紀70年代末期,這種電站也是建在船上的。將50個降落傘串在一根長154米的繩子上,用來集聚海流能量。繩子的兩端相連,形成一環形,然後,將繩子套在錨泊於海流中的船尾兩個輪子上。置於海流中串連起來的50個降落傘由強大的海流推動著。在環形繩子的一側,海流就像大風那樣把傘吹脹撐開,順著海流方向運動。在環形繩子的另一側,繩子牽引著傘頂向船運動,傘不張開。於是,拴著降落傘的繩子在海流的作用下周而復始的運動,帶動船上兩個輪子旋轉,連接著輪子的發電機也就跟著轉動而發出電來。 

4、超導技術發電

超導技術已得到了迅速發展,超導磁體已得到實際應用,利用人工形成強大的磁場已不再是夢想。因此,有的專家提出,只要用一個31000高斯的超導磁體放入黑潮海流中,海流在通過強磁場時切割磁力線,就會發出1500千瓦的電力。

8 洋流 -世界主要洋流

太平洋

  洋流名稱地理位置   出現頻率(%) 流速 (公里/小時)  
北赤道暖流大體沿北緯10°流動25-750.9-2.8
台灣暖流(日本暖流,即黑潮)沿台灣省東岸、日本群島南岸及東岸流動25-75以上0.9-2.8 
北太平洋暖流平行於北緯40°流動25-750.9-1.9  
阿拉斯加暖流 沿阿拉斯加灣岸流動夏季25-50,冬季25-750.9-1.9
堪察加寒流(親潮)沿堪察加半島東岸流動25-75 ≤0.9   
千島寒流(親潮)沿千島群島東岸流動25-75 ≤0.9
濱海寒流 沿蘇聯遠東區濱海邊區南部沿岸流動夏季25-50,冬季25-75  ≤0.9
加利福尼亞寒流沿北美洲西岸流動≤25≤0.9
赤道逆流(反赤道流,系暖流)大體平等於北緯5°-8°流動冬季25-75夏季25-75以上0.9-2.8以上
棉蘭老暖流 沿菲律賓棉蘭老島東岸流動25-750.9-2.8以上
南赤道暖流  沿赤道南側流動25-75以上0.9-2.8 
東澳大利亞暖流沿澳大利亞東岸流動25-750.9-1.9
西風漂流(寒流)平行於南緯45°-50°流動25-50 0.9-1.9  
合恩角寒流 沿火地島西南岸流動25-75  0.9-1.9 
秘魯寒流(洪堡德洋流)沿南美洲西岸流動25-75 ≤0.9 
埃爾.尼紐暖流南美洲秘魯西北岸附近 --約1

  

大西洋

  洋流名稱地理位置    出現頻率 (%)  流速(公里/小時) 
北赤道暖流平行於北緯15°-20°流動25-75以上  0.9-1.9 
蓋亞那暖流沿南美洲東北岸流動25-75以上  0.9-2.8  
加勒比海暖流沿安的列斯群島往南25-75以上   0.9-2.8 以上
佛羅里達暖流佛羅里達半島東南海域 ≥75   ≥2.8 
安的列斯暖流 沿安的列斯群島往北25-75以上      0.9-1.9
墨西哥灣暖流 (簡稱灣流))沿北美洲東南岸往北到西經40°附近25-75以上  0.9-2.8 以上
北大西洋暖流從西經40°附件往北到不列顛群島北岸 25-75  0.9-1.9  
伊爾敏格爾暖流冰島以南海域25-75   <0.9
西格陵蘭暖流沿格陵蘭島西南岸流動25-75 0.9-1.9  
拉布拉多寒流沿加拿大拉布拉多半島東北岸流動 25-75 0.9-1.9
加那利寒流沿非洲西北岸流動25-75 0.9-1.9
赤道逆流(暖流)沿平行於北緯5-10°流動25-75  0.9-2.8  
幾內亞暖流沿非洲幾內亞灣岸流動 25-75以上  0.9-2.8 以上
南赤道暖流沿赤道南側流動25-75以上 0.9-2.8
巴西暖流沿南美大陸東南岸流動25-75 0.9-1.9
合恩角寒流沿南美洲南端流動25-75 ≤0.9 
馬爾維納斯(福克蘭)寒流由馬爾維納斯(福克蘭)群島往北25-75 0.9(冬季達1.9)
西風漂流(寒流)平行於南緯格拉寒流沿南部非洲西岸流動 25-75 0.9-1.9 
厄加勒斯暖流沿非洲大陸以南海域流動 25-75 0.9-2.8
印度洋

  洋流名稱  地理位置出現頻率 (%)  流速(公里/小時)  
季風暖流印度洋北部赤道以北海域25-75以上0.9-2.8
赤道逆流(暖流)沿平等於南緯5°流動25-75  0.9-1.9
南赤道逆流沿平行於南緯10°-15°流動25-75以上0.9-2.8
 索馬利亞暖流 沿索馬利亞半島沿岸流動  50-75以上夏季0.9-2.8 ,冬季0.9-1.9 
莫三比克暖流  沿莫三比克海峽的大陸沿岸流動  25-75以上  冬季0.9-2.8,夏季0.9-1.9 
馬達加斯加暖流   沿馬達加斯加島東岸流動  25-75以上  0.9-1.9  
厄加勒斯暖流  沿非洲大陸東南岸流動  25-75以上  0.9-2.8以上  
 西風漂流(寒流) 位於南緯40°-50°間  25-75   0.9-1.9  
西澳大利亞寒流  沿澳大利亞西岸流動  25-75   ≤0.9 

 

北冰洋

洋流名稱  地理位置   出現頻率 (%) 流速(公里/小時)  
挪威暖流  沿挪威西岸流動  25-75  0.9-1.9
北角暖流  沿挪威北岸流動    ≤25  0.9-1.9
斯匹次卑爾根暖流  沿斯匹次卑爾根群島西南、西岸流動    25-75  0.9-1.9
 北冰洋寒流 沿北冰洋北極地區大陸架流動    25-75  0.9-1.9
 東格陵蘭寒流 沿格陵蘭島東岸流動    25-75  0.9-1.9
  東冰島寒流沿冰島東北岸流動    25-500.9-1.9  

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