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躍層是海水的狀態參數(溫度、鹽度和密度等)隨深度變化最顯著的水層。

1 躍層 -躍層


  在層結穩定的海洋中,海水狀態參數(溫度、鹽度和密度等)的鉛直分佈通常不全是漸變的,而是在海面很薄的一個近乎均勻的風混合層之下有階躍狀的變化 (見海洋層結)。在海洋科學中,將溫度、鹽度和密度等狀態參數具有這種階躍狀變化的水層,稱為溫度躍層、鹽度躍層和密度躍層。通常,海水的密度變化主要取決於溫度的變化,除了有大量淡水流入的河口區域和鹽度鉛直梯度特別大的個別海區以外,海洋中的密度躍層大體上是和溫度躍層重合的。
  就熱力結構而言,海洋在鉛直方向可分成3層(見圖):①季節變化層,即上混合層。表面風混合層,季節性躍層和周日躍層,都出現在季節變化層之中。②主躍層。③下均勻層,是海洋水層的主體,其中海水的溫度鉛直梯度很微小,近乎均勻狀態。由此可見,海洋中的躍層,特別是溫度躍層,通常包括3種類型:①主躍層;②季節性躍層;③周日躍層。前者由大洋熱鹽環流所維持,后兩者是海面太陽輻射和海-氣相互作用直接形成的。
  主躍層(或主溫躍層)  又稱永久躍層(或永久溫躍層),是大洋熱力結構的重要組成。其強度在經向和緯向都有變化。在緯向上,赤道附近的主躍層較強、較薄,其上界的深度也較淺;隨著緯度增高,主躍層在中緯度逐漸變弱,上界的深度變深,厚度也稍為增加;在較高的緯度,主躍層重新變淺,厚度減小,強度加大;最後,在極鋒區出現於海洋表層。在經向上,沿赤道一帶的主躍層有著自西向東逐漸變淺的趨勢。大洋主躍層的這種水平變化,主要取決於大洋環流和局地年平均的海-氣能量交換強度;大洋表面的風系和風生環流對主躍層也有重大影響。
  大洋主躍層的存在,對於海洋深層中的聲傳播有重大影響。海洋中的深層聲道處於主躍層的下界附近(約1000米深處),在聲速垂直廓線出現最小值的水層之中,因此,主躍層的強度和深度的任何變化,對於海洋中的水聲探測和通訊均有重要作用。
  季節性躍層(或季節性溫躍層)  主要是中緯度海區的一種特徵,在春季和夏季形成並發展,深度一般在50~100米之間,其深度和強度具有明顯的季節性變化。在秋季和冬季,由於海洋表層受冷卻和強風的攪拌混合作用,上層混合得相當均勻,原先在春夏兩季發展起來的季節性躍層的位置下降,溫度梯度也較弱,幾乎變成等溫水層,直到深度約為200~300米的主溫躍層的上界為止。
  在低緯度海區,季節性的溫度差異不足以形成明顯的季節性躍層,因此主溫躍層較接近于海洋表層,其上界深度大致在100~150米深處並直接成為風混合層的下界。
  在高緯度海區由於強烈的冬季冷卻,主溫躍層更深;在緯度高於60度的海域,主溫躍層完全消失,然而季節性躍層仍然可以形成,特別是在表層鹽度較低的水層中,往往可以形成密度鉛直梯度較大的躍層。
  周日躍層(或周日溫躍層)  這是海洋上混合層中溫度周日變化所導致的一種躍層。進入海面的太陽輻射能,大約有90%在海面厚約10米的水層中被吸收,因此只要海洋表面在白晝有足夠的熱量輸入,周日躍層便可在任何緯度的海域中形成。白晝形成的躍層,在午後增強並加深,其溫度階躍一般可達1~4°C,而厚度則在很大程度上取決於海面風力的攪拌混合作用的強弱,一般可達10~20米。夜間,由於海面向上輻射熱量,海洋表層溫度下降,密度增大,白晝形成的躍層隨著被破壞而消失。特別是在晴朗而平靜的夜間,海面由於輻射而冷卻,往往會形成一個厚度僅約1厘米的「逆溫層」。這時,海面的溫度可能比其下 1厘米處的溫度低零點幾度。周日躍層的深度階躍,正比於海面在一天內收入的總熱量,反比於周日躍層的厚度(深度)。一般來說,在春季海面得到的熱量多於失去的熱量,因此,周日躍層對整個上混合層的加熱和季節躍層的形成有貢獻;秋季,海面的凈通量是向上的,海面冷卻導致的對流運動往往能貫穿整個上混合層,從而對於上混合層及季節躍層的加深有著重要作用。
  參考書目
  G.Neumann,W.J.Pierson,Principles of PhysicalOceanography, Prentice-Hall,Englewood Cliffs,New Jersey,1966.
 O.M.Phillips,The Dynamics of the Upper Ocean,2nd ed.,Cambridge Univ.Press,Cambridge,1977.

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