水团和中尺度涡

一，水团

1.水团的形成

水团是形成于同一源地(海区),其理化特性和运动状况基本相同的海水。海水就是由性质不同的水团组成的。水团的性质,主要取决于源地所处的地理纬度、地理环境和沟水的运动状况,这些外界因素的影响,使水团具备了某种特性、并在一定条件下达到最强，这个过程就是水团的形成。然而,在一定条件下,其特性强度又逐渐降低,这一过程又称水团的变性。导致水团变性有内部因素和外部因素。内部因素主要是由于水团间的热、盐交换;外部因素主要是由于海水与大气间的热交换和外部条件的变化而引起的温度、盐度变化。

2.水团的变性

水团按其理化性质的差异,可分为暖水团和冷水团。暖水团是由水温较高、盐度和透明度较大、有机质较少、含氧量较低、养分含量较少的水体构成的:冷水团是由水温较低、盐度和透明度较小、有机质含量较多、含氧量较高、营养成分丰富的水体构成的。水团按理化特性在垂直空间分布的差异,又可分为;表层水团、次表层水团、中层水团、深层水团和底层水团。

在海洋表层,由于长期受到当地的气象状况和海流影响,在一个比较小的范围内,也可以形成水团。但因那里的气象状况和海流性质的变化,使表层水团的特性呈现较大的季节性变化。反之,表层以下的水团,其性质则较为稳定。

水团性质虽较均一,但在空间上也有变化。每个水团都有一部分水体特性最为明显这一部分水体称为水团的核心。例如,冷水团中,水温分布也不是均匀的,其中水温最低的那部分水体,就是冷水团的核心。水团核心特征值的高低,反映了全部水团的特征。水团核心位置的变化,往往标志水团的迁移。水团的强度是水团体积和主要特征值的大小。

水团的边界,就是水团与水团间的交界面(或交界区),实际上是水团间的过渡带或混合区,在海洋学上称为锋。锋面两侧的海水在理化特性上截然不同。锋区附近海水混合强烈,两种水团带来的营养盐类丰富,浮游生物多,因而引来大量的鱼群,往往成为著名的渔场。

大洋中存在着5个基本的水层,每一个基本水层中,又可分成几种不同的水团。

二，中尺度涡

上述大洋环流分布只是一种平均情况,所谓相对稳定的海流系统。实际上,海洋千变万化,海流亦时刻变化着,不仅流轴是这样,每一点的流速和方向也是这样。下面简述近代提出的一种不稳定流,即中尺度涡。

经典的风成大洋环流理论,较好地解释了大洋表层环流的基本特点,并认为:在组成各环流体系的海流流动范围内,海水流动速度较快,属于海洋的强流区;而在各环流中心则流速不超过1厘米/秒的弱流区。此外,由于观测技术的限制,在20世纪60年代以前一直认为海洋深处的流速是微不足道的,有人甚至认为不应当用“流”这个概念。然而,70年代以来,海洋水文物理学方面一个引人注目的重大进展,就是发现海洋中存在着许多中尺度涡旋。这些中尺度涡旋不仅存在于强流区洋流的两侧,而且在环流中部的弱流区、在几千米的深海处,都有中尺度涡旋的踪迹。中尺度涡旋的发现,使经典的大洋漂流理论受到冲击,对大洋环流模式以及许多海洋现象,以前是用风成漂流理论解释的,现在看来有重新考虑和修改的必要。

中尺度涡旋是指海洋中直径约有100-300千米,寿命约为2-10个月的涡旋。它比肉眼可见的涡旋大得多,寿命也长久得多;但比一年四季都存在的海洋大环流又小得多,寿命也短得多,因此称之为中尺度涡旋。

中尺度涡旋非常类似于大气中的气旋和反气旋,所以也称为天气式海洋涡旋。按其自转方向和温度结构,可分为两种类型:一种是气旋式涡旋(在北半球为逆时针旋转),其中心海水自下向上运动,使海面升高,将下层冷水带到上层较暖的水中,使涡旋内部的水温比周围海水低,又称冷涡旋。另一种是反气旋式涡旋(在北半球为顺时针旋转),其中心海水自上向下运动,使海面下降,携带上层的暖水进入下层冷水中,涡旋内部水温比周围水温高,又称暖涡旋，

中尺度涡旋在世界各大洋中都有发现,但是,绝大部分发生在北大西洋海域,特别是所谓“魔鬼三角”的百慕大三角区一带就发现了4个涡旋。在墨西哥湾海区平均每年有5-8个涡旋。在太平洋西北部海域,从1957-1973年的17年间,发现157个反气旋式涡旋。

中尺度涡旋不但分布广,而且具有巨大能量。有人估算,它占有世界大洋动能的90%以上。如此巨大的能量是从哪里来的?海洋学家有种种解释,但目前还都不够成熟有待于深入研究的难题。但是巨大能量所造成的景象是可观测到的。例如,在冷旋涡中心,有时水体能上升到几百米高,像一座急速旋转的海上大水山。巨大的能量能够产生强大的动力,涡旋自产生之时起就在不停地运动。

其运动可分为自转、平移和垂直运动3种方式。中尺度涡旋会完全改变其流经海区固有的运动,海流的方向变化多端,流速增大数倍至数十倍,并伴随有强烈的水体垂直运动。涡旋中心势能最大,随着远离中心的距离增加,势能逐渐减小,在涡旋边缘变为零而涡旋动能的最大值不在它的中心,而是在水体旋转速度最大的区域,就是在涡旋中心与边缘之间的地方。这些运动的产生,必然引起海洋水文物理性质的强烈变化,并对海洋生物以及人类的海上活动产生巨大的影响。