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第20章 暂时蓄水的湖泊(2)

地中海又可划分为陆间海和内陆海。陆间海是介于两个以上大陆之间,并有海峡与相邻海洋相连通的水域,一般深度较大,如亚、欧、非大陆之间的地中海;内陆海是深入大陆内部,海洋状况受大陆影响显著,海的个性很强,如黑海、红海等。

边缘海是位于大陆边缘的水域,一部分以大陆为界,另一部分以岛屿、半岛、群岛与大洋分开,与大洋的水交换比较自由。靠近大陆一边受大陆影响大,水文状况季节变化显著;靠大洋一边受大洋影响大,水文状况比较稳定。

3.海湾

海湾是海洋伸入大陆的部分,其深度和宽度向大陆方向逐渐减小的水域。一般以入口处海角之间的连线或湾口处的等深线作为洋或海的分界线。海湾的特点是潮差较大。

4.海峡

海峡是连通海洋与海洋之间狭窄的天然水道。如台湾海峡、马六甲海峡、直布罗陀海峡等。其水文特征是水流急,潮速大,上下层或左右两侧海水理化性质不同,流向不同。

洋流

1.洋流的概念

洋流即海流,是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水,从一个海区水平地或垂直地向另一海区大规模的非周期性的运动。洋流具有非常大的规模,如湾流,它的流量相当于世界陆地总径流量20余倍。所以洋流是促成不同海区间进行大规模水量交换的主要因子。伴随着大规模的水量交换,还有热量交换、盐分交换和溶解气体交换等。所以洋流对气候、海洋生物、海洋沉积、海上交通,以及海洋环境等方面都有巨大影响。

2.洋流的分类

洋流按成因可分3类:①风海流:是在风力作用下形成的;②密度流:是由于海水密度分布不均匀引起的,当摩擦力可以忽略不计时,密度流又称地转流或梯度流;③补偿流:是由于海水从一个海区大量流出,而另一个海区海水流来补充而形成的。补偿流可以在水平方向上发生,也可在垂直方向上发生。垂直方向的补偿流又可分为上升流和下降流。

洋流按本身与周围海水温度的差异又可分为暖流和寒流两类。暖流是指本身水温较周围海水温度高;寒流则相反。洋流按其流经的地理位置又可分为赤道流、大洋流、极地流及沿岸流等。

在生产实践中,有时把海岸带的海流分为潮流和余流两种。在海岸带实测到的海流通常是潮流、风海流、地转流等叠加的合成海流,这种合成海流可分解为:周期性海流—潮流和非周期性海流—余流。

实际上,仅由单一原因产生的海流极少,海流往往是几种原因共同作用的结果,但也有主次之分。如近海以潮流为主,外海以风海流和梯度流为主。

3.作用于洋流的力

作用于洋流的力主要有风对海水的应力和海水的压强梯度力。在这些力的作用下,当海水运动起来后,还产生一系列派生的力,如摩擦力、地转偏向力和离心力等。

①风的应力。风对海水的应力包括两个方面,一是风对海面的摩擦力(切应力),另一是风施加在海浪迎风面上的压力(正压力)。所以,风作用于海面,除形成波浪外,还会产生海水的前进运动,即洋流。

②压强梯度力。单位面积所受到的压力称之压强,而流体内部任一点压强只取决于液柱的自重,而与方向无关,随着海水深度的增加,压强愈来愈大。所谓梯度,是相对空间的变化率。

梯度是沿压强变化最大的方向压强随距离的改变率,其方向指向压力增加的方向。在两个等压面之间,垂直等压面的方向就是压强变化的最大方向,也就是压强梯度的方向。由压强梯度引起的力,叫压强梯度力,它是由压力大的方向指向压力小的方向,即与压强梯度的方向相反。在海洋里,它是指向上的。压强梯度力的方向可以这样来理解,当外加压力增大时,液体受到进一步压缩,处于压缩状态下的流体能产生向外膨胀的力,这种力可以看成是一种弹性力。在液体中,可以认为是排列得很紧密的液体分子间相互作用的排斥力。

③摩擦力。当海水做相对运动时,流速不同的海水之间就会发生动量交换,表现为内切应力的摩擦力。这是海水分子不规则的热运动或海水微团、小块的杂乱运动导致的。其结果是使流速大的海水减速,流速小的海水加速,以致最后使它们的速度趋于均匀化。

例如当表层海水具有一定的速度时,下层海水也将被带动而具有速度,结果使表层海水速度减小,下层海水速度增大,上下层海水速度逐渐趋于均匀化。

④地转偏向力。当物体在地球上做相对运动时,就会受到偏向力的作用,其性质与惯性力类同。地转偏向力在北半球偏右,与流速方向垂直。地转偏向力的量值极小,因此在大多数情况下,由于作用于物体上的力远较地转偏向力大,故可略去不计,这就是将地球近似看成惯性系的原因。但在讨论大气和海水运动时,却不能略去。这是因为作用于大气和海水的其他力也很小,如海洋里等压面倾斜的坡度,在1000米的水平距离内,海面仅上升或下降1厘米左右。

大洋环流系统

大气与海洋之间处于相互作用、相互影响、相互制约之中,大气在海洋上获得能量而产生运动,大气运动又驱动着海水,这样多次的动量、能量和物质交换,制约着大气环流和大洋环流。海面上的气压场和大气环流决定着大洋表层环流系统。

1.大洋表层环流模式

大洋表层环流与盛行风系相适应,所形成的格局具有以下特点:

①以南、北回归高压带为中心形成反气旋型大洋环流;②以北半球中高纬海上低压区为中心形成气旋型大洋环流;③南半球中高纬海区没有气旋型大洋环流,而被西风漂流所代替;④在南极大陆形成绕极环流;⑤北印度洋形成季风环流。

2.世界大洋表层反气旋型大洋环流

反气旋型大洋环流,分布在南北纬50度之间,并在赤道两侧呈非对称出现。在东南信风和东北信风的西向风应力作用下,形成了南、北赤道洋流(又称信风漂流)。其基本特点:从东向西流动,横贯大洋,宽度约2000千米,厚度约200米,表面流速为20~50厘米/秒,靠近赤道一侧达50~100厘米/秒,个别海区可达160~200厘米/秒;由于全球大陆和海洋并不以赤道为对称轴南北对称分布,北半球陆地较多,所以信风漂流也偏北(印度洋除外),因此赤道洋流并不与赤道对称。它对南北半球水量交换起着重要作用,特别是大西洋,南大西洋的水可穿过赤道达北纬10度以北,并与北大西洋水相混合。

赤道洋流遇大陆后,一部分海水由于信风切应力南北向分速分布不均和补偿作用而折回,便形成了逆赤道流和赤道潜流。逆赤道流与赤道无风带位置相一致,其基本特征是:从西向东流动,一般流速为40~60厘米/秒,最大流速可达150厘米/秒,为高温低盐海水。赤道潜流位于赤道海面以下,流动于南纬2度到北纬2度之间,轴心位于赤道海面下100米处,轴心最大流速约100~500厘米/秒。

在赤道洋流和赤道潜流海区,表层水以下都存在着温度和盐度的跃层。这两支洋流都是暖流性质。赤道洋流遇大陆后,另一部分海水向南北分流,在北太平洋形成黑潮;在南太平洋形成东澳大利亚洋流;在北大西洋形成湾流;在南大西洋形成巴西洋流;在南印度洋形成莫桑比克洋流。

3.世界大洋表层气旋型大洋环流

气旋型大洋环流分布在北纬45度~70度。在大洋东侧,为从西风漂流分出来的暖流,属于这类洋流有北太平洋阿拉斯加暖流和北大西洋暖流。其表层水一般厚度为100~150米。在大洋西侧为从高纬向中纬流动的寒流,它是极地东北风作用下形成的。属于这类寒流有北太平洋的亲潮和北大西洋的东格陵兰寒流。其水层厚度可达150米,其水文特征是低温、低盐、密度大、含氧量多。

4.北印度洋季风漂流

三大洋中唯有北印度洋特殊,在冬、夏季风作用下形成季风漂流。冬季,北印度洋盛行东北季风,形成东北季风漂流;夏季,北印度洋盛行西南季风,形成西南季风漂流。

5.南极绕极环流

南极绕极水是世界大洋中唯一环绕地球一周的表层大洋环流。它具有许多独特性质,因此有人把它称为“南极洋”、“南极海”。依水温变化规律不同,南极洋可分为两个海区:一是从南极大陆到南极辐聚线间的海区,称为南极海区,其表层水温较低;二是从南极辐聚线到亚热带辐聚线间的海区,称为亚南极海区。南极表层水形成于高纬海区,在极地东风作用下,形成一个独特的绕极西向环流;但是大部分南极海中仍然以西风漂流为主。南极绕极环流的特点是低温、低盐,冬季大部分水温在冰点左右,盐度34.0~34.5×10-3。南极绕极环流流量相当于世界大洋中最强大的湾流和黑潮的总和,但流速仅为其的1/10。

世界大洋深层环流系统在大洋深层环流系的垂直结构中,可分出暖冷两种环流系统和5个基本水层(表层、次层、中层、深层和底层)。

1.暖水环流系统和冷水环流系统

大洋经向暖水环流分布的范围在南北纬40度~50度,从海洋表面到600~800米深。其水文特征:垂直涡动、对流较发达,温度、盐度具有时间变化,受气候影响明显,水温较高,所以称为暖水环流。在暖水环流中因有明显的温度、盐度和密度跃层存在,所以,暖水环流又可分出表层水和次层水两种。

大洋经向冷水环流全部分布在大洋深处,从两极大洋表面一直伸展到大洋底部。其水文特征是:垂直紊动不发达,洋流主要作缓慢的水平流动。由于它源于高纬海区,所以水温低、盐度小,成为冷水环流。在冷水环流中,依海水运动特征和温度、盐度垂直分布规律的不同,又可分为中层水、深层水和底层水。

2.表层水、次层水和中层水的环流

表层水一般达到的深度为100~200米,由于大气的直接相互作用,该层的温度和盐度的季节性变化较大。次层水为表层水以下,到300~400米深度(个别海区达500~600米)。中层水为次层水以下,到800~1000米深度(个别海区可达1500米)。它不受季节性变化影响,但它同表层一起参与了风产生的表层环流,通常环流速度随深度增加而减小。

表层水、次层水和中层水的共同特点是:从大洋表面到1000米深,都明显地存在着反气旋型环流,就是由地转偏向力所决定的。从北纬40度到南纬50度~60度,这3层水共同特点是,温度较高,盐度较大,密度较小;在北纬40度以北,这3层水的特点是,温度较低,盐度较小,密度较大;在南纬60度以南,其特点是温度最低,盐度最低,密度最大。次层水主要是由于亚热带辐合区表层水下沉和冬季对流作用下形成的,中层水是由亚热带辐合区和高纬表层水下沉混合形成的。

3.深层水的环流

中层水以下,到4000~5000米深为深层水,其形成主要是热盐环流。环流形态与以上3层水有显著不同,成为独立的环流系统。据计算和新近的直接观测表明,深层水的运动在整个大洋范围内不是均匀扩展的,而是如同上层海流一样,倾向于汇集在大洋盆地的西部。深层水特征:中低纬区水温为1.5℃~3.0℃,盐度为34.6~35.0×10-3,密度较小;高纬区水温低,盐度小,密度大;南北极附近海区,2000米以下水温为零下0.01℃~1.0℃,盐度小于35.0×10-3,密度大。深层水来源于南极底层和格陵兰东南部海区的深层水,形成了巨大的深层环球性的纬向环流。在非洲好望角南端和新西兰南端,这一环流的一部分水分别流入印度洋和太平洋。

4.底层水的环流

底层水位于深层水之下,遍布于大洋海底之上。底层水来源于南极大陆和北冰洋附近。

发生在南极海区的底层水,称为南极底层水。它主要是形成于威德尔海和南极大陆架海区,其水温低达零下1.9℃,密度大,所以易下沉形成底层水。其水量可达10立方米/秒,然后沿大陆坡流入太平洋、大西洋和印度洋,并可越过赤道进入北半球,在大西洋可达北纬45度,在印度洋可达孟加拉湾和阿拉伯海,在太平洋可达阿留申群岛。北极底层水形成于格陵兰附近的北极海区,水温在零下1.4℃,密度也大,有利于底层水的形成。北极底层水形成后经冰岛与法罗群岛间的海槛以及丹麦海峡流出,但因这些海区水深小于1000米,所以北极底层水不能大量地流入大西洋。

综上所述,世界大洋环流体系由表层(包括次表层水)环流、中层环流、深层环流和底层环流所组成。表层环流系统主要是风成环流。中层水、深层水和底层水均为热盐环流。表层水、次层水、中层水、深层水和底层水在其运动过程中,进行着全球性的大量交换与循环,共同构成了世界大洋中统一的环流体系。知识点海洋灾害海洋灾害,主要指风暴潮灾害、巨浪灾害、海冰灾害、海雾灾害、大风灾害及地震海啸灾害等突发性的自然灾害。引发海洋灾害的原因主要有大气的强烈扰动,如热带气旋、温带气旋等,海洋水体本身的扰动或状态骤变,海底地震、火山爆发及其伴生之海底滑坡、地裂缝等。海洋自然灾害不仅威胁海上及海岸,有些还危及自岸向陆广大纵深地区的城乡经济和人民生命财产的安全。

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