温盐环流

5.1水质量的形成/侵蚀

世界海洋水团的平衡由两个主要过程组成:水团形成和侵蚀。大多数水团是在靠近上表面和下沉处形成的。此外，通过转化或侵蚀，水团的性质不断发生变化，使水团逐渐失去其特性。因此，某些类型的水团在表层以下通过来自海面的水团的混合而形成;然而，在本章中，我们主要关注与地表过程有关的水团的形成/侵蚀。

根据渗透深度，水-团的形成一般分为深水水和模式水两大类。第二类水团通常沉入世界海洋中相对较浅的部分。在本章中，我们首先讨论深水地层，然后再讨论水地层模式。

5.1.1世界海洋的深水来源

从广义上讲，世界海洋中深水的平衡包括两个主要的相反过程:通过深水形成提供新形成的水团，以及通过混合和侵蚀清除深水。深水地层与向下分支密切相关垂直循环而深水侵蚀则与垂直环流的向上分支密切相关，垂直环流的向上分支不断将水团抽离。这两个过程对世界海洋的水质量平衡和热盐循环至关重要。例如，深海的混合或强锋面的上升流不断地去除老的深水，从而为新形成的深水腾出空间，维持热盐环流。由于持续清除深水与稳定分层海洋中的垂直混合密切相关(需要外部机械能的供应)，如果没有这种能量的持续供应，热盐循环将无法持续。

世界海洋的垂直环流是不对称的上升流和下升流．事实上，海洋环流的向下分支被限制在非常有限的几个地点。此外，温盐环流的下沉分支的位置可能与海洋中浮力损失的主要位置不同。

特别地，深水的形成可以发生在水平环流的边缘附近或边界流内，而不是在环流的中间。

相比之下，环流的上升流分支的规模要大得多。尽管如此,上升流是在空间上也是高度不均匀的。事实上，沿着一些狭窄的上升流带发生的强上升流构成了世界海洋上升流的主要部分。其中一个地点位于南极绕极流(ACC)的核心，在那里强大的西风带驱动着世界海洋中最强的大规模上升流系统。此外，强烈的上升流沿赤道带和海岸上涌沿着各个盆地的边缘，可能构成世界海洋总环流上升流分支的其他主要部分。这些相对狭窄的强上升流带构成了世界海洋水团侵蚀的主要部分。尽管人们对水团形成进行了广泛的研究，但与之相反的水团侵蚀过程至今还没有得到足够的重视。显然，要想建立一个完整的世界海洋水团平衡理论，就需要对这两个过程进行更全面的研究。

由于低纬度地区的地表水相当温暖，常识可能会使人们相信深海的水也是温暖的。因此，在低纬度的深海中发现冷水是一个很大的惊喜。1751年，哈利法克斯伯爵号英国奴隶贸易船的船长亨利·埃利斯描述了在北纬25°13′，西经25°12′深度5,346英尺(1,630米)处观测到的低温:

在航行中，我在北纬25分13英寸的地方，用桶式海尺试了几次;西经25′12”。我把它放下去，从三百六十英尺到三千三百四十六英尺不等。当时我用伯德先生做的一个华氏小温度计发现，温度按深度的比例有规律地增加，一直下降到三千九百英尺，温度计里的水银从那里上升到五十三度;虽然后来我把它沉到五千三百四十六英尺深，也就是一英里六十六英尺深，但它浮上来的时候一点也不低。当时，海水表面的温度和空气的温度，用温度计测量是84度。我毫不怀疑，当水进入桶的最深处时，温度要低一两度，但在浮上来的时候，已经获得了一些温暖(Warren, 1981)。

低纬度地区的深水比冬季海面的最低温度要冷得多;因此，这样的冷水不可能在当地形成，这样的水团必须追溯到高纬度地区，那里寒冷的冬季条件使形成如此低温度的水团成为可能。冷水在高纬度地区形成并输送到低纬度地区的推理最终导致了世界海洋热盐环流理论。

随后通过科学考察的观察证实了这样一个事实，即世界海洋的底部覆盖着来自高纬度地区极少数狭窄地点的冷水，那里的严冬条件产生了世界上最冷的水

0.00 2.00 4.00

0.00 2.00 4.00

图5.1基于Levitus et al.(1998)气候学的世界海洋底部潜在温度。请注意，大西洋盆地中脊的海底相当浅，因此脊上的底部水相对温暖。见彩色版部分。

海洋。由于氧在低温下溶解度高，深海中氧浓度高表明最近形成的底部/深水团块。近百年来，全球海洋观测资料大量积累。根据气候数据，世界各大洋海底的潜在温度分布如图5.1所示。正如第二章所讨论的，位温是描述海洋环境的一个更好的示踪剂，因为它消除了压缩随深度变化的影响。从图5.1可以很容易地看出底水温的以下特征:

•底部的冷水在南极洲周围形成，主要在威德尔海和罗斯海。从这些源头地区，底部水被洋流和涡流带到北部和东部。在南极大陆边缘形成的冷水团下沉到世界海洋的底部被称为南极底水(AABW)。

•冷底水在各盆地内向北扩散，冷水有向盆地西侧堆积的趋势。南大西洋的底部水温是所有盆地中最低的。

在南大西洋，只有巴西盆地直接接收AABW。东部盆地安哥拉盆地没有从南部接收AABW;这是一个盆地，靠近来自南方的冰冷的底层水。事实上，AABW是通过赤道附近的一个狭窄的间隙流入这个盆地的，在那里，相对较冷的水向东移动，最终从北部的开放通道到达安哥拉盆地。底部地形的阻塞和引导的动力作用将在后面讨论。

•在北大西洋盆地的北端，有一个来自挪威海和格陵兰海的相对较冷的水源。这个水团被称为北大西洋深水(NADW)。

在过去的一个世纪里，为了解释与底水的形成和扩散有关的一般环流，以及与表层热盐强迫盛行的上层海洋水的联系，温盐环流理论得到了发展。本章的目的是解释世界海洋热盐环流的物理现象和动力学理论。

除温度外，底水的另一个主要指标是氧浓度。例如，沿165°W的氧浓度如图5.2所示。对于165°W的P15，显然是g氧(^mol/kg)

omomomomomo momomomo ~ o QUI oulouloulouloulou -。- t -oomouiouiouiouiouioui m -

omomomomomo momomomo ~ o QUI oulouloulouloulou -。- t -oomouiouiouiouiouioui m -

距离(公里)

图5.2氧浓度P15剖面(约沿165°W)等高线增量为10 |xmol/kg，黄色和浅紫色之间的浓度水平为150 |imol/kg。南半球底层的浓度在190-200pmol/kg以上(Talley, 2007)。见彩色版部分。

距离(公里)

图5.2氧浓度P15剖面(约沿165°W)等高线增量为10 |xmol/kg，黄色和浅紫色之间的浓度水平为150 |imol/kg。南半球底层的浓度在190-200pmol/kg以上(Talley, 2007)。见彩色版部分。

在太平洋海盆，来自南极的氧含量高的水充满了南半球水柱的下部。相反，在北太平洋高纬度部分，氧气浓度非常低的水占据了近1公里的深度，这表明这些位置的水团通风不良。

此外，北太平洋盆地深水区氧浓度低，说明该盆地不存在深水源。北太平洋深水油气资源的缺乏与北大西洋丰富的深水油气形成了鲜明的对比，而北大西洋和北太平洋之间的这种对比是墨西哥湾的主要特征之一全球热盐环流在现代气候条件下。raybet雷竞技最新

大西洋深层/底部水的来源

大西洋的深水和底水来自边缘海。主要有两个来源:(1)沿南极大陆的边缘，特别是威德尔海，(2)挪威海和格陵兰海。

这些边缘海的水性质及其在流出过程中的变化是全球热盐环流的重要因素。大西洋海盆环流是一个典型的例子，其二维示意图如图5.3所示。注意，循环是一个复杂的三维现象;因此，图中所示的流动方向不能解释为海洋中实际的流动路径。与此图相关的一些动态细节将在后面的部分中讨论。

北大西洋深水是在北大西洋北部通过两个过程形成的，包括与水平环流相关的远洋深对流和边界对流。在挪威海和格陵兰海形成的深水溢出了

水平

水平

图5.3大西洋底/深水地层及热盐环流示意图。

丹麦海峡进入开阔的北大西洋。在溢流过程中，产生了大量的夹带，提高了深水的总体积通量。在开阔的北大西洋海洋，深水这一现象的出现是深层西部边界流沿着美洲大陆东海岸向南移动，逐渐将其水团送到海洋内部。

虽然NADW可能通过大西洋盆地内部的上升流失去其质量，但NADW的主要途径之一是通过与南部西风带相关的风驱动上升流和随后以Ekman通量形式出现的北方回流。此外，在南大洋，来自北部源头的深水与来自南部源头的底水(AABW)相遇。深海中这两种主要水团来源的混合决定了世界海洋深渊中的环流。

世界海洋深/底水形成机制世界海洋的许多地点都形成了深/底水。尽管深水/底水形成的细节因地点而异，但这些地点可分为以下两类(Killworth, 1983a)。图5.4显示了世界海洋深层/底部水源的最新分布情况。

继续阅读:E 60e 90e 120e 150e 180 150w 120w 90w 60w 30w 0 Yav

这篇文章有用吗?

0 0