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北大西洋副熱帶總環流系統中的西部邊界流,通常亦稱墨西哥灣(暖)流,與北太平洋中的黑潮同為世界大洋中的著名強流。但與黑潮相比,灣流更以流速強、流量大、流幅狹窄、流路蜿蜒、流域廣闊為其特色,並具有高溫、高鹽、透明度大和水色高等一系列較顯著的特徵。

1 灣流 -灣流

 

2 灣流 -正文

  北大西洋副熱帶總環流系統中的西部邊界流,通常亦稱墨西哥灣(暖)流,與北太平洋中的黑潮同為世界大洋中的著名強流。但與黑潮相比,灣流更以流速強、流量大、流幅狹窄、流路蜿蜒、流域廣闊為其特色,並具有高溫、高鹽、透明度大和水色高等一系列較顯著的特徵。
  源地和途徑  「灣流」這一名稱,是指從墨西哥灣發源的洋流。最初見於美國著名學者和發明家B.富蘭克林組織編繪的北大西洋海流圖。但是現在對於「灣流」所包括的範圍,各方說法不完全一致。廣義的說法,是指從墨西哥灣開始沿北美洲東岸北上,然後向東橫貫大西洋,至歐洲西北沿岸,最後穿過挪威海進入北冰洋的整個暖流系統。在海洋學上,灣流系統一般被分為3個組成部分。其中,「灣流」僅指這個系統的主體段,即從美國東岸哈特勒斯角向東至紐芬蘭淺灘流勢最盛的一段洋流;哈特勒斯角以南為起始段(有人認為只限在佛羅里達海峽以內),稱為佛羅里達海流;紐芬蘭淺灘以東為延續段,稱為北大西洋暖流(圖1)。

  灣流是由大西洋中的北赤道流和南赤道流中越過赤道的北分支匯合而成。墨西哥灣是個巨大的溫熱「蓄水庫」。它匯聚了南、北赤道流,還接納了由信風不斷驅入的大西洋表層暖水,因而墨西哥灣比附近大西洋水位高,使灣內的海水從佛羅里達海峽流出,沿著北美大陸邊緣向高緯區流動;與此同時,由於地轉偏向力及其隨緯度變化效應的共同作用,這部分越過赤道向北運動的暖水,便顯著集中在大洋西部大陸邊緣的一個狹帶內,自西南向東北運行。成為分隔大洋西部近岸水系和大洋水系的一支強大暖流。
  水文特徵  灣流流軸的平均位置比較穩定,無顯著的季節變化。從佛羅里達海峽中間的基韋斯特到北卡羅來納州的哈特勒斯角,流程約1200公里,這段灣流流軸穩定,且較平直,基本上無離岸彎曲現象。灣流在離開哈特勒斯角向東偏轉后,流軸多變,且常常出現彎曲,但其路徑直至西經 45°附近仍可辨認。此段流程約2500公里。至紐芬蘭海丘與中大西洋海嶺(大西洋海嶺)之間的海域,灣流逐漸散開,匯入北大西洋暖流。
  灣流的表層寬度介於100~150公里之間,其面向順流方向的左側是高密度的低溫沿岸水。海水的溫度、鹽度、水色和透明度等水文特徵與灣流迥然不同。尤以北緯 35°以北一帶的水溫梯度最為明顯,通常每公里可達1°C。因此,灣流左側邊界上的「暖鋒」可以成為確定灣流路徑的主要依據之一。右側是密度稍低而溫暖的馬尾藻海水,與灣流的邊界無顯著的水文特徵梯度,不易辨認。
  灣流的流速相當大,在兩側往往有較弱的反向逆流。灣流的強流通常僅限於75公里寬的一個窄帶內。表層最大流速可高達250厘米/秒,偏於流軸左側,且有較明顯的季節變化。灣流的厚度一般約700~800米,但當灣流離開哈特勒斯角之後,在水深超過4000米的深層大洋中也發現了灣流的蹤跡。此外,在灣流之下的大陸斜坡上,還觀測到一支流向與表層海流相反,且大致沿著1000~3000米等深線走向流動的深層「逆灣流」。
  灣流的流量是沿程遞增的。在佛羅里達海峽中,流量約30×1063/秒;至哈特勒斯角附近,流量約增加1倍;從哈特勒斯角往下游1000公里處,流量高達150×1063/秒,約相當於全世界河流流量總和的120倍。
  灣流表層海水的溫度和鹽度年平均值分別介於25~26°C和36.2~36.4之間;在深約400米的水層中,海水溫度約 10~12°C;在深約200米的水層中,海水鹽度達最大值約36.5。灣流表層海水溫度具有較明顯的季節變化,且與季風的強弱有密切關係。
  灣流作為大洋副熱帶反氣旋環流中的西部邊界流,基本上是處於准地轉平衡狀態的;或者說,大尺度的灣流運動加速度很小。因此,運動是在准地轉平衡下緩慢進行的。維持穩定的大尺度灣流運動所要求的海面坡度約為1×10-5。因此,百慕大群島附近的海面應該比美國東岸的海面高出1米左右。但是,實際的灣流在其前進的途徑上常是不穩定的,不存在嚴格的地轉平衡。特別是在灣流離開哈特勒斯角之後,常形成波狀彎曲。這種彎曲偶爾也會變得很大,以致其路徑也變得難以識別。巨大的彎曲往往是不穩定的,有時會在彎曲處斷開而形成巨大的渦旋。這種從灣流主流分離出來的渦旋,通常被稱為灣流環,大多出現在灣流的右側(多為氣旋型冷渦);而在灣流左側形成的渦旋則為數較少(一般為氣旋型暖渦)。灣流環一旦形成之後,很快便被灣流兩側的海水所包圍,並隨灣流兩側的逆流一起,以每天3~10公里的速度向西南移動。有些渦旋可以存在很長的時間。例如,1970年6月間在哈特勒斯角附近發現的一個渦旋,兩年以後,才在佛羅里達近海處消失。(圖2)

 

  灣流渦旋的水平尺度大多介於100~200公里之間,垂直尺度約2500~3500米;表層海水旋轉的切向速度往往達100厘米/秒,中層仍可達20~25厘米/秒;渦旋整體移動速度約 1~6厘米/秒(每天約數公里)。目前一般認為,灣流的彎曲和渦旋是由大尺度海流斜壓不穩定性所導致的一類中尺度現象。
  灣流與黑潮相比,無論在水量、熱量和鹽量輸送等方面,都大於黑潮。兩者在北緯2735°~3735°間的比較,如表所示。此外,就對於鄰近大陸氣候的影響來說,灣流也比黑潮來得顯著。
  據估計,灣流每年向西北歐每公裏海岸輸送的熱量,約相當於燃燒6000萬噸煤炭所放出的熱量。事實上,在灣流及其延續體──北大西洋暖流流經的海區,氣溫和水汽含量均較周圍海區高得多。暖濕空氣在強勁的西風吹送下,可以到達西北歐大陸內部,這對形成西北歐暖濕的海洋性氣候有重要的作用。因此,在西北歐大陸上生長著蒼翠的混交林和針葉林,而在同緯度的格陵蘭島上則絕大部分是終年嚴寒並為巨厚冰層覆蓋的冰原區。
  美國的B.富蘭克林曾注意到美國輪船在橫渡大西洋時經常比英國輪船橫渡大西洋快兩星期左右。以後,又向捕鯨船長了解到,美國輪船從美洲到歐洲的航行途中,總是利用北大西洋中的一支流勢很強的海流(即灣流),而在返回時卻盡量避開這支強流,因此贏得了時間。
  灣流彎曲的形成、斷開(形成渦旋),以及渦旋與主流的相互作用,是一種複雜的海洋動力學過程。有關這類現象的研究,已成為當前海洋動力學研究中最活躍的課題之一。關於灣流彎曲和渦旋的研究,不僅具有深刻的理論意義,而且對於海況監測和預報以及漁業和沿岸水的污染物排放等實踐問題,也有重要的意義。例如,觀測發現,沿美國北卡羅來納州至喬治亞州海岸移動的灣流渦旋,會引起海水強烈垂直混合。大量的營養鹽類會被帶到陸架水中,並使陸架水的溫度降低。由渦旋帶來的水量,要比當地每年的入海河川徑流量約大10倍。
  參考書目
 B.A.Warven,C.Wunsch,eds.,Evolution of PhysicalOceanography: Scientific Surveys in Honor of Henry Stommel,The MIT Press,Cambridge,1981.
 H.Stommel,The Gulf Stream:A Physicaland Dynamical Description,2nd ed.,Univ.of California Press,Berkeley and Los Angeles,1965.

 

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