第三节 海气相互作用

“厄尔尼诺”一词源自西班牙语“ElNino”，每2～7年发生一次。厄尔尼诺现象是赤道中、东部太平洋海域发生的大范围、持续性表层海水温度异常偏高的现象。 正常年份，赤道两侧的信风将太平洋东侧大量的表层暖水输送到西侧，下层海水上涌，同时，秘鲁寒流北上补充，使得赤道中、东部太平洋海域表层海水温度相对较低。 赤道东太平洋地区表层海水温度低，空气稳定，不易形成对流，因而降水偏少、气候偏干；而赤道西太平洋地区表层海水温度高，空气对流强烈，降水较多，气候较湿润。 与此同时，由于赤道东部太平洋海域上涌的冷海水含有丰富的营养物质，使得浮游生物大量繁殖，为鱼类提供了充足的饵料，鱼类的繁盛又为鸟类提供了丰富的食物。 有些年份，信风明显减弱，从太平洋东侧输送到西侧的暖水明显减少，北上补充的秘鲁寒流同时减少，导致赤道中、东部太平洋海域表层海水温度较正常年份偏高，这样就形成了厄尔尼诺现象。 厄尔尼诺现象一旦形成，首先会影响全球大气环流，使世界各地出现气候异常。厄尔尼诺现象对气候的影响，以赤道太平洋地区最为显著。由于赤道东太平洋地区表层海水温度升高，使空气对流运动增强，降水异常增多，甚至引发洪涝灾害；相反，赤道西太平洋地区降水减少，甚至出现严重干旱。 厄尔尼诺现象也会对全球的生产和经济产生影响，赤道东太平洋地区是最先受到影响的地区。在厄尔尼诺现象发生时，信风明显减弱，表层暖水向东回流，赤道东太平洋下层冷海水不再上涌，导致海水中营养物质减少，鱼类大量减少，捕鱼量下降，并波及世界饲料市场供应。 许多事实还表明，厄尔尼诺现象对全球气候、人们的生产与生活的影响并不仅仅局限在赤道太平洋地区，而是全球性的。例如，在厄尔尼诺现象出现时，日本列岛及我国东北地区夏季发生持续低温，有些年份我国大部分地区的降水还有偏少的情况。厄尔尼诺现象作为导致全球气候异常的重要原因，对全球气候、人们的生产与生活的影响越来越深刻。 下载PDF

墨西哥湾暖流宽度为60～80千米，流层厚度约700米，总流量达每秒7400万～9300万立方米。它是由大西洋热带海域中的几条洋流汇合而成的，其源头来自赤道两侧的北赤道暖流和南赤道暖流。前者经小安的列斯群岛向北流去。 后者在巴西北部海域横穿加勒比海，进入墨西哥湾，然后便以约每天150千米的速度经佛罗里达海峡流入大西洋，这里的洋流被称为佛罗里达暖流。佛罗里达暖流又与奔腾北上的北赤道暖流汇合，共同组成著名的墨西哥湾暖流。在到达加拿大东侧海域后，这股强大的洋流改称为北大西洋暖流，它受地转偏向力的作用，并在强大西风的持续吹动下，浩浩荡荡向巴伦支海流去。 墨西哥湾暖流的水温很高，盐度也很高，水体呈深蓝色，尤其在冬季，墨西哥湾暖流的水温要比周围海水温度高出8℃以上，加上流量极大，因而对北美东部及西欧地区的自然环境产生很大的影响。 ■墨西哥湾暖流输送的热量对北美东部和西欧地区的气候会产生哪些影响？ 下载PDF

海洋约占地球表面积的71%，海洋表面以下10米厚海水的质量就相当于整个大气圈的质量。海洋是大气最主要的热量库。海洋吸收了到达地表太阳辐射量的80%，其中又有85%左右的热量储存于大洋表层，这部分热量再输送给大气。这种热量的输送不仅影响大气的温度分布，也影响着大气的运动。 海洋是二氧化碳的巨大储存库，海洋通过调节大气中二氧化碳的含量影响着气温和大气环流。由于人类大量使用化石燃料，使大气中二氧化碳含量增加，导致低层大气和表层海水温度升高。表层海水温度的升高，使得海洋吸收二氧化碳的能力降低，甚至会释放出一定量的二氧化碳，使得大气中的二氧化碳浓度净增，温室效应增强，气候变暖。 1立方米海水温度降低或升高1℃释放或吸收的热量可使3100立方米的大气温度升高或降低1℃。海水与大气的这种热力性质差异，使其成为气温的重要调节者。 下载PDF

海—气相互作用对于维持全球水热平衡具有重要意义，海—气相互作用所形成的大气环流与大洋环流是其维持全球水热平衡的基础。不同纬度的海洋给大气提供的热量不同是形成大气环流的重要原因，而大气环流又是海水大规模运动的主要动力来源，大洋表层环流与大气环流的运动方向基本一致。正是大气环流和大洋环流使水分和热量在不同地区之间进行传输，从而维持了全球的水热平衡。 对水量平衡的影响：海洋是大气中水汽的主要来源。从海洋蒸发的水汽，绝大部分直接参与海上内循环，重新以降水的形式返回海洋；仍有一部分水汽伴随大气运动被输送到陆地上空，最后以降水的形式到达陆地，然后汇入河流流回海洋，形成了周而复始的水循环。海—气相互作用参与的水循环，有助于全球的水量平衡。全球的水量平衡是水循环的结果，而水循环必须通过大气环流来实现。 对热量平衡的影响：太阳辐射是地球表面热量的主要来源，不同纬度地区接受的太阳辐射量是不同的。一般来讲，低纬地区所获得太阳辐射较多，收入大于支出，热量盈余；而高纬地区所获得太阳辐射较少，收入小于支出，热量亏损。 实际上全球热量是平衡的，这种平衡的实现正是大气环流和大洋环流将热量从低纬地区源源不断输送到高纬地区的结果。在北半球低纬地区，大洋环流输送的热量要多于大气环流所输送的热量，而到30°N以北地区，大气环流则成为热量输送的主要力量，特别是到了50°N附近地区，热量主要是靠大气环流输送到高纬度地区的。因此，海—气相互作用所形成的大气环流与大洋环流共同维持了全球的热量平衡。 下载PDF

在相互制约的海—气系统中，海洋主要通过向大气输送热量来影响大气运动，大气主要以风的形式向海洋输送动能。 大气和海洋的热量都来自太阳辐射，但是，海洋却是大气的主要热源。海水反射率比较小，吸收的太阳短波辐射能较多，并且海面上空湿度一般较大，所以长波辐射损失也较小，因此海洋就有比较大的净辐射收入。 大气给海洋提供动力。大气环流及其所形成的行星风系使海水沿着一定的方向大规模地运动，形成洋流，引起海洋热量的重新分配。热带气旋可以加速海水的运动并可使海平面异常升高，严重时会造成灾害。这是大气对海洋的能量输送。 阅读：海洋与大气的能量交换 海—气相互作用过程中，海洋对大气的主要作用是为大气提供热量和水汽，而大气主要通过风向海洋输送能量，使海水运动，形成风海流和海水的辐散与辐合，对沿岸地区甚至全球气候产生影响。如55°～70°N的加拿大东岸受拉布拉多寒流的影响，年平均气温为-10～0℃，结冰期长达300天以上，呈现冻原景观，而同纬度的欧洲西部受北大西洋暖流的影响，年平均气温0～10℃，结冰期仅155～215天，发育有针叶林或混交林。热带和副热带的大陆西岸，在离岸风的作用下，表层海水吹离海岸，形成海水辐散，深层海水上翻，致使上翻区表层海水温度低于同纬度其他海域表层海水的温度；海水辐合则相反。 下载PDF

海—气相互作用是海洋与大气之间相互影响、相互制约、彼此适应的过程。海洋与大气边界上的动量、热量、物质的交换，以及这些交换对大气、海洋各种特性的影响，被统称为海—气相互作用。 脚注：动量：物质运动的一种量度，是描述物质机械运动状态的一个重要物理量。其大小为物体质量与速度的乘积。 海洋和大气间的物质交换是多相的，既有液态的物质交换，也有气态的和固态的物质交换。 蒸发和降水是海—气间水分交换的重要方式，海洋向大气中输送水汽，大气中的水汽在适当的条件下凝结，又以降水的形式落到海洋。蒸发使海水浓缩，降水使海水稀释。因而，海—气间的水分交换会影响海水的温度和盐度，进而影响海水的密度。 海—气间还进行着多种气体的交换，其中对气候影响最大的是二氧化碳的交换。海水不仅可以吸收二氧化碳，还可以通过海洋中藻类植物的光合作用消耗二氧化碳。所以，海洋对于大气中的二氧化碳浓度具有重要的调节作用，可减缓大气中二氧化碳增加的速率。 海洋和大气间也进行着广泛的固体物质的交换。陆源物质、火山物质等通过大气进入海洋，这些物质是海洋沉积物的重要来源；同时，海洋中的固体物质也会进入大气，如海水泡沫在风的作用下进入大气，泡沫中的盐类物质也随之进入。 思考：海—气相互作用影响全球热量平衡的方式有哪些？ 下载PDF

很早以前，南美洲秘鲁和厄瓜多尔沿岸的渔民发现，某些年份的圣诞节前后，秘鲁渔场的鱼产量就会大幅度降低。他们觉得非常奇怪，于是开始观察，力图找出原因。后来他们发现，原来每隔几年，在圣诞节前后，南美洲西海岸附近海域的海水温度就会升高，在这一海域里生活的浮游生物和鱼类随之大量死亡，造成渔场减产。这种表层海水温度升高的自然现象令当时的人们迷惑不解，他们以为是“圣婴”降临了。在西班牙语中，“圣婴”译音为“厄尔尼诺”。 思考：南美洲西海岸附近海面水温升高的自然现象主要和什么有关？ 学习指南：什么是海—气相互作用？海—气相互作用对于全球水热平衡有什么影响？什么是厄尔尼诺现象？厄尔尼诺现象对全球气候和人类活动有何影响？什么是拉尼娜现象？拉尼娜现象对全球气候和人类活动有何影响？ 提示：阅读时，注意观察本节的示意图，并分析这些图的意义。本节的主要概念是海—气相互作用、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象。 下载PDF

1941年，赤道附近太平洋东部海面温度异常升高，温暖的海水向南侵袭，最南到达15°S。此次温暖海水南侵，导致喜冷水鱼类大量死亡，并在沿岸地区产生灾害性的阵雨和风暴。这是人类第一次报道厄尔尼诺现象。为什么会发生厄尔尼诺现象？厄尔尼诺现象的影响到底有多大？科学家从大气环流、地球自转速度、火山喷发等方面，通过科学推理、模型模拟与实际观测相结合的方式，探索厄尔尼诺现象形成的原因，并试图解释其产生的影响。尽管在监测和预测方面取得了很多成果，但是，由于每次出现的情况都不一样，周期也不固定，科学家对厄尔尼诺现象的成因和影响机制的了解还很有限。 同时，厄尔尼诺现象还带给人们很多启示：大陆上的气候异常，往往需要从海洋上找答案；局部海区的水温异常，其影响范围可能扩展至全球……由此，科学家对海洋进行更为深入、系统的研究。例如，海洋的哪些部分对全球水热平衡影响较大？除赤道附近太平洋东部海域外，还有哪些海域表层温度的变化可能影响全球气候？大洋除表层洋流外，纵向（表层和深层之间）是否存在洋流，其变化对气候影响有多大？ 厄尔尼诺现象蕴含着海洋无尽的奥秘，也激发科学家无尽的探索。 下载PDF

正常情况下，赤道附近太平洋东部和西部海水温度存在差异，从而在上空形成大气热力环流。图4.18示意正常年份热带太平洋上空近东西方向的大气热力环流。 1. 在图中用箭头表示大气运动方向，使之形成环流圈。 2. 如果赤道附近太平洋东部海水温度下降，说明其对环流的影响。 3. 说明环流的变化对赤道附近太平洋东、西岸气候的影响。 下载PDF

通过海—气相互作用，海洋和大气成为一个整体。如果表层海水温度发生异常，大气环流也会异常，甚至出现极端的天气事件。 正常年份，赤道附近太平洋中东部的表层海水温度较低，大气较稳定，气流下沉；西部海水温度较高，气流上升。有些年份，赤道附近太平洋中东部表层海水温度异常升高，这种现象被称为厄尔尼诺现象（图4.17）。 厄尔尼诺现象发生后，赤道附近太平洋地区东、西部海面的温度差异减小。赤道附近的太平洋东部，如秘鲁和智利沿海，下沉气流减弱或消失，甚至出现上升气流，气候由原来的干燥少雨变为多雨，引发洪涝灾害。同时，赤道附近的太平洋西部，上升气流减弱或消失，气候由温润多雨转变为干燥少雨，带来旱灾或森林大火。例如，1997—1998年印度尼西亚出现长时间干旱，引发了严重的森林大火。厄尔尼诺现象还与更广大范围的气候异常现象呈现一定的相关性。 与厄尔尼诺现象相反，拉尼娜现象是指赤道附近太平洋中东部的表层海水温度异常降低的现象。拉尼娜现象发生后，赤道附近太平洋东西部的温度差异增大，同样会引起气候异常。对厄尔尼诺和拉尼娜现象的成因及影响，科学家仍在不断探索。 下载PDF