若等压面的倾斜是由于海水密度在水平方向分布的不均匀所引起,这种海流叫密度流。
为深入了解海水密度分布(即海水质量场)与海水压力分布(即海水的压力场)之间的关系,可选取一矩形海盆,假定海水的密度在水平方向的分布是均匀的,即ρA=ρB,若无外界因素影响,则等压面必然与水平面重合,压强梯度力(D)与重力(g)平衡,流体继续保持静止状态。若海盆一侧由于太阳辐射较强,而增温时,这一侧的海水就会膨胀,密度减小,即ρA<ρB,因此,右侧等压面升高,海面(等压面)A0B0变为A0B0′,等压面相对水平面发生倾斜,从而在水平面上产生水平压强梯度力D2,这一力的大小,取决于等压面倾斜的程度,若等压面倾角不变,则水平压强梯度力的大小就不会改变。在这一恒力作用下,海水获得加速度,一旦海水开始流动,地转偏向力就会发生作用。实际上海流就是在D2和地转偏向力f的合力作用下加速流动。最后水平压强梯度力与地转偏向力取得平衡,海水便沿着等压面与水平面的交线作稳定流动,这时的海流就是密度流。
密度流的产生有两种:一种是由于海水受热、冷却、蒸发、降水的分布不均匀,使海水的密度分布不均匀而产生流动,此种密度流又被称为热盐环流;另一种是由于不均匀的风作用于海面,一方面产生风海流,另一方面产生垂直环流,进而导致海水密度重新分布,这样也能形成密度流。
海水的密度与温度、盐度关系密切。温度高则密度小,温度低则密度大;盐度高则密度大,盐度低则密度小。在密度小的地方,海面升高;在密度大的地方,海面降低,使原来海平面叠加上一层厚度不等的水层,海平面产生了倾斜,导致海水运动。
3.补偿流由于某种原因使海水从一个海区流出,而使另一部分海水流入进行补充,海水的这种运动,叫做补偿流。
补偿流可分两种:一种是水平补偿流;另一种是垂直补偿流(即升降流)
综上所述,产生洋流的主要原因是风力和密度差。实际洋流总是由几种原因综合作用的结果。
二、大洋环流系统
(一)世界大洋表层环流系统
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,就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区。
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°之间,并在赤道两侧成非对称出现。
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公里,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;由于赤道偏北,所以信风漂流也偏北(但印度洋除外),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°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°到北纬2°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。
本文标题:第四节 洋流(4)
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