在大西洋南北两个环流中,以墨西哥湾暖流最著名。墨西哥湾暖流,又简称湾流,是世界大洋中宽度最大、流程最长、水温最高、影响最深远的暖流。习惯上,人们把佛罗里达暖流、墨西哥湾暖流和北大西洋暖流,合称为一个湾流系统。
这个规模巨大的湾流,总流量为7500~10000万立方米/秒,比黑潮暖流大近一倍,几乎相当于世界陆地上所有河流总流量的40倍。
湾流汇聚了大西洋南北两股赤道洋流,又在加勒比海和墨西哥湾内流动了较长的时间,成为热量丰富的强大暖流。据测量和计算,每小时约有900亿吨温暖的海水从墨西哥湾流入大西洋;湾流每供给英吉利海峡1米长海岸线的热量,约相当于燃烧6万吨煤的热量;每年带给挪威沿海的热量,约相当于这里太阳辐射量的1/3左右,用这些热量可以发出强大的电能。湾流的热量非常庞大,人们形象地称它为永不停息地输送热量的“暖水管”!
这个庞大的“暖水管”使流经地区的水温和气温显著上升。这样,西欧和北欧的西部,便形成了典型的温带海洋性气候。所以,西北欧的斯堪的纳维亚半岛上生长着郁郁葱葱的针叶林和混交林,而北美东北部的格陵兰岛则绝大部分是白雪皑皑的冰封世界。湾流对西北欧气候的影响,以冬季最为明显。挪威西部沿海1月平均气温为0℃左右,北极圈内的巴伦支海西南部终年不封冻,位于北纬69°附近的前苏联科拉半岛的摩尔曼斯克,成为举世罕见的高纬地区的不冻港。你如果到那一地区去,会发现许多奇特的自然现象:那里有南面吹来的凛冽寒风,有北方刮来的习习暖风;那里有夏季纷纷飘扬的六月雪,有冬天阴云缠绵的元月雨;那里有大雁春天向南飞行,海鸥则秋天向北展翅。
受湾流的影响,北大西洋东西两侧海域,气候迥然不同。英国设得兰群岛以东海域,1月平均气温约为3.4℃;而同纬度的加拿大拉布拉多半岛东北海域,却为-19℃。两者竟相差22.4℃!
“转向”环流和北冰洋洋流
印度洋的大洋环流,受地理环境的影响,南、北具有不同的组成和特点。
印度洋南部的大洋环流比较稳定。低纬海区在盛行东南信风的吹送下,南赤道洋流自东向西横过印度洋,势力强大,流向稳定。而印度洋北部因受大陆限制和季风环流的影响,冬夏洋流要“转向”,形成随着季节转换而变换流向的洋流系统。从10月到第二年4月,这里受东北季风的影响,北部海水自东向西流动,形成反时针方向的冬季环流,尤以12月和1月表现得最为明显。从5月到9月,这里受西南季风的影响,北部海水自西向东流动,形成顺时针方向的夏季环流,尤以7月和8月最为典型。
北冰洋地处高纬,面积最小,气候严寒,冰覆盖广,即使是夏季,冰雪覆盖的面积也在2/3左右。那么,北冰洋里有没有洋流呢?回答是:有。
北大西洋暖流有一支流向东北。同时,北冰洋海水经过格陵兰岛附近海域,分别形成拉布拉多、东格陵兰等寒流。这样,就组成了北冰洋这一海域反时针的大洋环流。
裂流
波浪到达海岸时也可以产生裂流,有时也被误称为裂潮。不慎卷入裂流的游泳者可能会被大海吞没。但是当人们了解裂流的特征后,就可以找到求生的办法。当波浪向岸边传播时,一系列的波峰线或波谷线平行海岸。冲浪者都知道,波浪的高度沿着这条线发生变化。波浪冲击海岸时,浪峰击岸处发生水的堆积,这些水由高处流向低处,然后流向大海,形成裂流。外海的海底地形通常控制着裂流的产生。同样,向海的水流经过海滩或者冲浪带的障碍物时也可以形成裂流。裂流虽然很危险,但其发生的范围很小。在与裂流抗争时,游泳者应沿着侧面或对角线游,而不应该逆流而上。
波浪也可以引起回转流,尤其在陡峭的海滩,从而形成沿岸流。回转流通常是波浪带到岸边的水回流向大海而引起的。波浪以一定的角度撞击海滩,就会形成微弱的沿岸流。沿岸流并不具危险性,但它们在沿岸泥沙的搬运中起着重要的作用。与岸平行的海流通常会给构筑沿岸防波堤造成麻烦。防波堤是一种垂直于海滨的人工构筑物,用来防止沿岸泥沙的流失。然而,泥沙在防波堤的一边堆积的同时会导致另一边受到侵蚀。正如一个人的河滩变得越来越宽敞时,他的邻居的河滩则会逐渐变小甚至消失。
每年,人们要花费上千万元来防止海岸侵蚀,但是海岸沉积物的流失是海洋自身运动的自然结果。比如在很多地方,冬天强烈频繁的波浪将大量的泥沙从海滩冲刷到离岸处形成沙洲,而到了夏天,相对较为平和的海浪又将泥沙搬运回海滩。有趣的是,某一海滩在冬天消失的话,一定能在下一个夏季得以恢复。对离岸沙洲的挖掘或者是人工构筑物都可能破坏这种自然平衡,从而导致海滩泥沙的流失。我们永远也不可能完全杜绝这种海岸侵蚀,因为它是大海运动的一种形式。虽然可以通过沙滩再造,构筑海墙沙洲,沙滩绿化等方法暂时减缓这种流失,但是一旦流失开始发生,就有可能再次发生。我们所有的最好的办法就是更好地了解海岸带大海的运动规律,找出与其自然规律相适应的解决方法,而不是徒劳无功地去阻止其自然运动。
冲浪带是一个极不利于进行考察研究的区域,无论是人还是实验仪器在这里都容易受到侵蚀和伤害。因此,我们对这一区域波浪动力学以及沉积物运动的研究很有限。到了今天,随着更小巧更抗腐蚀性的仪器以及大型计算机系统的出现,人们可以获取更多关于海浪和海岸形成的信息。
近岸上升流
在某些地区,风向与海岸平行。埃克曼输送导致表层水离岸运动,为补偿离岸的表层水,富含营养的下层冷水上升,这就是近岸上升流。近岸上升流区域是海岸中最肥沃的区域之一。在这里,浮游植物利用上升流带来的营养进行光合作用,大量生长繁殖。只要上升流持续,浮游动物及较小的鱼类就能依靠不断更新的食物大量繁殖。在南美洲西海岸的秘鲁,向北的风产生的上升流使该地区成为世界上最丰富的渔场之一。近岸上升流也出现在夏季的加州沿岸及非洲的东北沿岸,当发生严重的厄尔尼诺现象时,近岸上升流下沉,主要的渔场将受到毁灭性的打击。
上升流也发生在赤道地区的海域以及最南端的海域(南极北部)。赤道附近由东向西的信风及埃克曼输送导致表层水向南北偏移,远离赤道,由下至上的富含营养的冷水上升,在赤道附近形成一个窄窄的富含营养的生物带。
海洋旋转流
由风驱动的大洋表层水运动以及陆地分布影响的共同作用,使大洋表层水沿着一系列的大环流方向运动,称之为旋转流。这些环流表明了世界大洋不同的内部特征,它们在赤道处分离,在大气和海洋的热输送中扮演着重要的角色。北大西洋环流能很好地说明该系统的形成及其运行状况。
北大西洋北半部的风吹向东,南半部风吹向西。令所有研究海洋学的学生感到困惑的是,一直以来关于风的命名的争论,海洋学家根据风和海流的去向来命名,而气象学家则依据其来源命名。这样由东吹来的信风对气象学家而言是东风,对海洋学家却是西风。由于风在北大西洋的北部从西吹来,而在南部从东吹来,科氏力和埃克曼输送导致表层水向北大西洋的中部输送。这些表层水的集中导致了它在中部的堆积,这个地区就是我们所熟知的马尾藻海。
海洋表层能形成环形的山峰或山谷来驱动海流的运动。通过卫星测高仪,我们现在能准确地测量海洋表层高度相对较小的变化。海洋表面高度的测量表明,在马尾藻海的中部,大约有一米高的水层堆积。漂浮的物质,比如塑料、焦油、马尾藻,漂浮的海藻都聚集在海水集中的马尾藻海中部。在历史上,正是由于马尾藻在北大西洋形成厚密的丛簇,因此将其命名为马尾藻海。
马尾藻可以自由漂浮在海洋表面或者附着在较浅的暖水海域。细长的草莓形状的小须使之能漂浮在水面上。很多小的海洋生物就生活在这些马尾藻丛中,他们在海洋表面很难附着到其他生物上,因此不易受到保护。马尾藻鱼由于其颜色和形状都和马尾藻极其相似,人们很难将它们和马尾藻分开。虽然体形很小,马尾藻鱼却是一种很凶猛的捕食者,其个体之间的竞争也极为激烈。若将两条鱼放在一只鱼缸里,很快就会只剩下一条。通过吞食其同伴,剩下的那条鱼的体形很快就能达到它原来的两倍大。令人惊奇的飞鱼也是马尾藻海中比较常见的鱼类,这种鱼能浮出水面,在水面上轻松地滑行,用他们的尾巴作为桨,而其伸出来的鳍则作为翅膀。人们已经知道,飞鱼可以到达船的甲板上,通过敞开的舷窗,进入通气孔,甚至扑到正在熟睡的人的脸上。
马尾藻海中,由于海水不断地向中间堆积产生压力梯度,致使表层以下的水向外流动。由于下部的水向外流动,科氏力开始产生作用,运动的水向右偏移。表层水堆积—向外流动—混合层以下向右偏移,这一过程导致了在北大西洋北部产生巨大的顺时针环流。同样的情形也发生在南大西洋,不同的是此时科氏力向左,环流方向为逆时针方向。大洋环流也发生在太平洋和印度洋,尽管印度洋体系受到季风的影响。在南极周围,因为没有陆地的边界阻挡,环流可以环绕整个南半球。此外在向西的赤道环流的下方有一股逆流,如果不包括墨西哥湾流及太平洋湾流之类的边界流,典型的海洋表面环流黑潮其速度大约为8公里/小时。