海洋熱平衡和水循環(huán)對氣候的影響

1、海洋熱交換和水平衡對全球氣候和海水溫度鹽度密度的影響和作用世界大洋中的溫度鹽度和密度是海洋學(xué)中極為重要的三個(gè)基本物理參量?？梢哉f海洋中的一切現(xiàn)象幾乎都與他們有密切的關(guān)系。而海洋中的熱交換和水平衡是制約其分布和變化的最重要因素。海面與大氣相互作用會(huì)產(chǎn)生熱交換，稱為海氣熱交換。主要有輻射傳輸、感熱輸送和潛熱輸送三種方式。 海洋層結(jié)比較穩(wěn)定， 海水密度大，總質(zhì)量比熱大，太陽輻射能大部被其吸 收，所以熱容量很大。因此，海氣之間的熱交換，主要是海洋向大氣輸送熱量。海氣熱交換 是雙向的。輻射傳輸主要以長波輻射的形式進(jìn)行；感熱輸送是海氣交界處通過湍流及分子接觸傳導(dǎo)作用而進(jìn)行的熱量傳遞；潛熱輸送則通過 湍流和

2、分子運(yùn)動(dòng)，海氣界面處的凝結(jié)和蒸發(fā)而進(jìn)行熱量傳遞。海氣熱交換在全球熱量平衡中占有極其重要的地位，對各種尺度天氣系統(tǒng)的形成和發(fā)展以及大氣環(huán)流系統(tǒng)的建立和維持都具有重要的作用。海洋和大氣之間，相互作用，穿越海氣交界面的熱量輸送如果水溫比氣溫高，海洋就要向大氣輸送熱量，一般來說， 水溫總是比氣溫高，海洋總是向大氣輸送熱量的，不過這種能夠交換失去的熱量比蒸發(fā)消耗的熱量小得多。當(dāng)海洋收入的熱量超過支出的熱量時(shí)，海洋為吸熱增溫過程； 當(dāng)海洋支出的熱量超過收入的熱量時(shí)，海洋為散熱降溫過程；當(dāng)海洋收入與支出的熱量相等時(shí)，海水的溫度就不會(huì)變化。每年，海洋的熱量總是收支平衡的，所以一年中海洋的平均水溫也是穩(wěn)定的。

3、不過，一年之中，海水的熱量會(huì)在不同時(shí)期內(nèi)和不同地區(qū)呈現(xiàn)出差異。這樣，熱量分布的不均衡就會(huì)引起海水溫度在地理分布和不同季節(jié)中的變化。地球表面有71%被海水覆蓋，海水的比熱大大的超過了陸地和空氣的比熱。所以，海洋 吸收的熱量比陸地大得多。海洋熱量的來源主要是接受太陽輻射和大氣對海面的熱輻射。海洋在吸收熱量的同時(shí)也喪失了許多的熱量。海洋散熱的過程是通過海面輻射、海水蒸發(fā)和水起交換的方式進(jìn)行的。 海面時(shí)刻不停地向外輻射自己地?zé)崃?，輻射量的多少與海面的溫度有密切的關(guān)系，水溫越高，輻射越強(qiáng)。根據(jù)測量和統(tǒng)計(jì)得知， 海面輻射得熱量大約是海面吸收 太陽輻射熱量得42%。海水在蒸發(fā)過程中，消耗了大量熱量，蒸發(fā)越快

4、，熱量散失就越多。 蒸發(fā)速度取決于海面上空得水汽含量和空氣的流通狀況，海面空氣越干燥，風(fēng)速越大，海水蒸發(fā)越快。海水因蒸發(fā)失去得熱量，大約是海洋吸收太陽輻射熱量得一半以上。海面熱收支，習(xí)慣上稱海洋表層的熱量平衡。實(shí)際上，就某一海區(qū)和某一時(shí)段而言，海洋表層的熱量收支一般是不平衡的。海洋表層收入的熱量，主要包括來自太陽和天空的短波輻射、大氣通過湍流向海面輸送的熱量（感熱）、海面水汽凝結(jié)時(shí)的熱量（潛熱）、海水內(nèi)部由下層向海面輸送的渦動(dòng)熱量和水平方向的暖平流帶來的熱量。海洋表層支出的熱量，主要包括海面的長波有效回輻射、海面以湍流方式向大氣輸送的熱量（感熱）、海水蒸發(fā)時(shí)消耗的熱量（潛熱）、由表層向下層輸送

5、的渦動(dòng)熱量和冷平流帶走的熱量。海洋與外界還不斷地進(jìn)行水量交換。對整個(gè)世界大洋而言，也存在著水量收支平衡的關(guān)系，但它與海洋熱平衡有著質(zhì)的差異。海洋的熱量基本上只靠海洋輻射這一外部熱源輸入， 然后在各種過程的制約下，得以達(dá)成某種平衡。而海洋中水量平衡卻不然，水的來源及支出 都是在地球系統(tǒng)自 身之內(nèi)進(jìn)行循環(huán)的，所以又稱為水循環(huán)。海洋中的水量收支影響著鹽度 的分布和變化。海洋中水的收入主要靠降水，陸地徑流和融冰；支出則主要是蒸發(fā)和結(jié)冰。大氣所包含的熱量是很有限的。如果將大氣中所蘊(yùn)涵的全部熱量都轉(zhuǎn)化到海水中去,那么3米深的海洋就能把整個(gè)大氣中的熱量包含進(jìn)去。其實(shí)，地球的大氣對溫度的記憶是非常 短的，大概

6、有五六天的時(shí)間，而占地球表面約70%的海洋對溫度的記憶是非常久的，可能會(huì)是在五年以上，到十幾年，甚至是幾十年。整個(gè)海洋中有一半的面積都達(dá)到了3000米的深度，如果整個(gè)海洋都熱起來，就需要很長的時(shí)間。全球變暖主要表現(xiàn)在海洋的溫度上，而不是大氣的也不是地表的溫度，海洋的溫度主要決定了氣候的變化。海洋影響整個(gè)氣溫是一定的， 海洋變化有其規(guī)律。洋流是地球上熱量轉(zhuǎn)運(yùn)的一個(gè)重要?jiǎng)恿?。?jù)衛(wèi)星觀測資料，在20° N地帶，？洋流由低緯向高緯傳輸?shù)臒崃考s占地一氣系統(tǒng)總熱量傳輸?shù)?4%,在30°35°N?間洋流傳輸?shù)臒崃考s占總傳輸量的 47%。洋流調(diào)節(jié)了南北氣溫差別，在沿海地帶等溫線往

7、往與海岸線平行就 是這個(gè)緣故。暖流在與周圍環(huán)境進(jìn)行交換時(shí)，失熱降溫，洋面和它上空的大氣得熱增濕。我們以墨 西哥灣暖流為例，”灣流"每年供給北歐海岸的能量，大約相當(dāng)于在每厘米長的海岸線上得到 600噸煤燃燒的能量。這就使得歐洲的西部和北部的平均溫度比其它同緯度地區(qū)高出1620C,甚至北極圈內(nèi)的海港冬季也不結(jié)冰。蘇聯(lián)的摩爾曼斯克就是北冰洋沿岸的重要海港， 那里因受北大西洋暖流的恩澤，港灣終年不凍，成為蘇聯(lián)北洋艦隊(duì)和漁業(yè)、 海運(yùn)基地。再如，對我國東部沿海地區(qū)的氣候影響重大的嘿潮”，是北太平洋中的一股巨大的、較活躍的暖性洋流。它在流經(jīng)東海的一段時(shí)，夏季表層水溫常達(dá) 30C左右，比同緯度相鄰的

8、海域高出 2 6 C,比我國東部同緯度的陸地亦偏高2 C左右。黑潮不但給我國的沿海地區(qū)帶來了溫度，？還為我國的夏季風(fēng)增添了大量的水汽。根據(jù)觀測資料進(jìn)行的計(jì)算和不同區(qū)域的比較都充分說明：氣溫相對低而且氣壓高的北太平洋海面吹向我國的夏季風(fēng)，只有經(jīng)過 黑潮”的增溫加濕作用以后，才給我國東部地區(qū)帶來了豐沛的夏季降水和熱量，才導(dǎo)致了我國東部地區(qū)受夏季風(fēng)影響的地區(qū)、形成夏季高溫多雨的氣候特征。而寒流在與周圍環(huán)境進(jìn)行熱量交換時(shí)，得熱增溫，使洋面和它上空的大氣失熱減濕。例如，北美洲的拉布拉多海岸，由于受拉布拉多寒流的影響，一年要封凍9個(gè)月之久。寒流經(jīng)過的區(qū)域，大氣比較穩(wěn)定，降水稀少。象秘魯西海岸、澳大利亞西部

9、和撒哈拉沙漠的西部， 就是由于沿岸有寒流經(jīng)過，致使那里的氣候更加干燥少雨，形成沙漠。洋流對氣候的影響， 主要是通過氣團(tuán)活動(dòng)而發(fā)生的間接影響。因?yàn)檠罅魇撬峡諝鈭F(tuán)的下墊面，它能使氣團(tuán)下部發(fā)生變性，氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)時(shí)便把這些特性帶到所經(jīng)過的地區(qū)，使氣候發(fā)生變化。一般說，有暖洋流經(jīng)過的沿岸，氣候比同緯度各地溫暖；有冷洋流經(jīng)過的沿岸，氣 候比同緯度各地寒冷。正因?yàn)橛醒罅鞯倪\(yùn)動(dòng)， 南來北往，川流不息，對高低緯度間海洋熱能的輸送與交換，對全球熱量平衡都具有重要的作用。從而調(diào)節(jié)了地球上的氣候。廣泛分布于南大洋底層的低溫、高鹽、高密度水團(tuán)，借助深海的經(jīng)向環(huán)流，實(shí)現(xiàn)與中、 低緯度的太平洋、印度洋、大西洋的水交換，從而構(gòu)

10、成了調(diào)節(jié)全球海洋溫度的冷源，這對抑制全球變暖趨勢具有重要意義。海水的熱容量比空氣大 3000多倍，海洋面積廣大，水量大，熱容量大這就限制了海水溫 度的大幅度變化。 海水溫度的變化比陸地溫度的變化小， 海洋上空的氣溫比陸地上空的氣溫 變化慢，海水對大氣溫度起著調(diào)節(jié)作用。淡水匯入對鹽度的影響有河水，冰雪融水匯入，起稀釋作用，鹽度偏低，無則偏高。洋流對鹽度的影響同緯度海區(qū)，寒流經(jīng)過的海區(qū)鹽度偏低，暖流經(jīng)過的海區(qū)鹽度偏高。教材在講 海水的鹽度”時(shí)，著重介紹了海洋表面鹽度的分布規(guī)律，以及形成這種分布規(guī) 律的原因。此外鹽度還有垂直分布規(guī)律，影響海洋表面鹽度分布的因素很多，主要有降水、 蒸發(fā)和徑流三個(gè)主要因

11、素：蒸發(fā)和降水屬氣候因素， 是使大洋表面鹽度分布具有地帶性規(guī)律的主要因素，在它們的影響下，使海洋表面鹽度分布呈 馬鞍型”的曲線，而徑流是使大洋表 面鹽度具有非地帶性變化的主要原因。中高緯度海區(qū)，由于氣溫低，蒸發(fā)量小，降水量大于蒸發(fā)量。赤道附近，氣溫高，蒸發(fā)量大，其降水量高于蒸發(fā)量，此其鹽度并非最高，副熱帶 海區(qū)，下沉氣流，降水少，氣溫高，蒸發(fā)量大，大預(yù)見水量，因而鹽度高。同一緯度暖流經(jīng) 過的海區(qū)鹽度偏高，寒流經(jīng)過的海區(qū)鹽度偏低。進(jìn)入海洋中的太陽輻射能，除很少部分返回大氣外，其余全被海水吸收，轉(zhuǎn)化為海水的 熱能。因此海洋表層水溫較高。大洋表層水溫的分布，主要決定于太陽輻射的分布和大洋環(huán) 流倆個(gè)因子。在極地海域結(jié)冰與融冰的影響也起重要作用。由