海洋与外界还不断地进行水量交换。对整个世界大洋而言,也存在着水量收支平衡的关系,但它与海洋热平衡有着质的差异。海洋的热量基本上只靠太阳辐射这一外部热源输入,然后在各种过程的制约下,得以达成某种平衡。而海洋中水量平衡却不然,水的来源及支出都是在地球系统自身之内进行循环的,所以又称为水循环,而海洋热平衡却不能称为热量循环。海洋中的水量收支影响着盐度的分布与变化。
一、影响水平衡的因子
海洋中水的收入主要靠降水(Precipitation)、陆地径流(Runoff)和融冰;支出则主要是蒸发和结冰。
1.蒸发蒸发不仅使海洋失去热量,同时又使海洋失去水量。据计算,海洋每年失去的水量为(440~454)×103km3。蒸发将使海洋每年下降124~126cm。由图3—9可见,蒸发在海洋中的分布是很不均匀的。赤道附近小,南、北副热带海域出现两个极大值,蒸发量可达140cm,向高纬迅速减小,至两极海
2.降水降水是海洋水收入的最重要因子。每年可达(411~416)×103km3,但其分布也是不均匀的。由图3—9可见,在赤道附近的热带海域降水量最大,年平均降水量可达180cm以上,在副热带海域降至60cm左右,而南北两半球的极锋附近又显著增多,然后向极方向迅速减少。它与蒸发量之间,除大于50°的高纬海域外,其变化曲线几乎是反位相的。因为它们是海洋水量支出与收入的主要影响因子,可想而知,必对海洋表层盐度的分布产生巨大的影响。
3.大陆径流大陆径流,包括地下水入海是海洋水量收入的另一重要因子。其分布在世界各大洋中也是极不均匀的。进入各大洋的径流量最大的要算大西洋,其中仅亚马孙河就几乎占全世界径流量的20%;另外尚有刚果河,密西西比河及欧洲许多河流的流入,致使大西洋的入海淡水居世界之首。它们可使大西洋平均洋面上升23cm/a。印度洋次之。对太平洋来说,注入最大的河流是中国的长江,但其径流量只及亚马孙河的18.9%,由于太平洋面积广阔,所有陆地径流量平均只能使其水面上升7cm/a。
4.结冰与融冰结冰与融冰是海洋水平衡中的可逆过程。海冰被海水冲击到陆地上使海洋失去水量,相反,冻结在陆地上冰的融化会使海洋水量增加。如果被冻结在陆地上的冰全部融化流入海洋,将使海平面上升66m。就目前而言,结冰与融冰的量基本上是平衡的。但在个别海域,不同季节,不平衡的情况仍然存在。例如,在南极大陆上的冰川,以每天1m的速度向海洋推进,断裂入海后形成巨大的冰山;北极海域的格陵兰岛也是冰山发源地,这些冰山终将融化,对局部海域水平衡的影响是不容忽视的。
二、水量平衡方程
对整个世界大洋而言,水量的收支应该是平衡的。但对局部海域而言,不一定时时都能平衡,从而导致水位的上升或下降,这又会引起海水的流动,以达到水量与水位的调整。考虑到海洋中水量收支的各种因素,其全水量平衡方程可写为下列形式
q=P+R+M+Ui-E-F-U0 (3-39)
式中P为降水,R为陆地径流,M(Melt)为融冰,Ui(In)为海流及混合使海域获得的水量,E(Evapotation)为蒸发,F(Freeze)为结冰,U0(Out)为海流及混合使海洋失去的水量,余项q为研究海域在某时段内水量交换的盈余(q>0)或亏损(q<0)。
对整个世界大洋而言,结冰(F)与融冰(M)是可逆过程,相互抵消,由海流混合带入的水量(Ui)和带走的水量(U0)也应相等,因此有
q=P+R-E (3-40)
该式对某些特定海域有时也可直接引用。因为在大多数海域可不考虑结冰与融冰的影响;在具有封闭环流的海域内,例如某一海湾中,可视为Ui=U0。
式(3—40)表明,大陆径流、蒸发和降水三个因子是决定世界大洋水量平衡的基本因子。布迪科(1974)计算,就世界大洋总平均而言,R=12cm/a,P=114cm/a,E=126cm/a,故q=0。
当然对某个大洋,只考虑P、R和E三项,就不能保持q=0。如太平洋因降水与径流之和大于蒸发,水量有盈余;大西洋则因蒸发大于降水与径流之和,导致水位损失12cm/a;北冰洋因蒸发少,径流多而有水量盈余。因此,大西洋需要太平洋和北冰洋的水进行补充。
海洋中水量盈余将使盐度减小,反之使盐度增大。在大洋的东西两边,由于流向相反,它们对盐度的影响,平均后基本可以抵消,而大洋中部,由于径流的影响很小,因而表层盐度随纬度的变化,就基本上受制于蒸发与降水之差(E-P)的变化了。乌斯特(1954)发现,在60°S~40°N大洋表面盐度分布与(E-P)的经向分布十分相似,并给出如下公式
S=34.47+0.0150(E-P) 10°N~40°N
S=34.92+0.0125(E-P) 60°S~10°N
说明盐度与(E-P)之间存在线性关系。
本文标题:世界大洋的热量与水量平衡(6)
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