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湾流

湾流(gulf stream)不是一股普通的海流,而是世界上第一大海洋暖流,亦称墨西哥湾(暖)流。墨西哥湾流虽然有一部分来自墨西哥湾,但它的绝大部分来自加勒比海。当南、北赤道流在大西洋西部汇合之后,便进入加勒比海,通过尤卡坦海峡,其中的一小部分进入墨西哥湾,再沿墨西哥湾海岸流动,海流的绝大部分是急转向东流去,从美国佛罗里达海峡进入大西洋。这支进入大西洋的湾流起先向北,然后很快向东北方向流去,横跨大西洋,流向西北欧的外海,一直流进寒冷的北冰洋水域。它的厚度为200米~500米,流速2.05米/秒,输送的水量比黑潮大1.5倍。

湾流或称墨西哥湾流。世界上主要的洋流之一。始于佛罗里达海峡,与北美洲海岸平行流动,一直流到纽芬兰沿岸。湾流向东北方向流动,穿越大西洋。形成北大西洋漂流,这股漂流分叉朝两个方向流动,一股朝北流向挪威本土以北的斯匹次卑尔根岛群,另一股向南流,形成加那利洋流。来自南北赤道暖流的水汇集于墨西哥湾,增强其势力,汹涌澎湃穿出佛罗里达海峡,称为佛罗里达海流,这是最强盛的主要洋流之一。洋流温暖,对西北欧的严寒气候具有缓和作用。

湾流是由大西洋中的北赤道流和南赤道流中越过赤道的北分支汇合而成。墨西哥湾是个巨大的温热“蓄水库”。它汇聚了南、北赤道流,还接纳了由信风不断驱入的大西洋表层暖水,因而墨西哥湾比附近大西洋水位高,使湾内的海水从佛罗里达海峡流出,沿着北美大陆边缘向高纬区流动;与此同时,由于地转偏向力及其随纬度变化效应的共同作用,这部分越过赤道向北运动的暖水,便显著集中在大洋西部大陆边缘的一个狭带内,自西南向东北运行。成为分隔大洋西部近岸水系和大洋水系的一支强大暖流 [1]

“湾流”这一名称,是指从墨西哥湾发源的洋流。最初见于美国著名学者和发明家B.富兰克林组织编绘的北大西洋海流图。对于“湾流”所包括的范围,各方说法不完全一致。广义的说法,是指从墨西哥湾开始沿北美洲东岸北上,然后向东横贯大西洋,至欧洲西北沿岸,最后穿过挪威海进入北冰洋的整个暖流系统。在海洋学上,湾流系统一般被分为3个组成部分。其中,“湾流”仅指这个系统的主体段,即从美国东岸哈特勒斯角向东至纽芬兰浅滩流势最盛的一段洋流;哈特勒斯角以南为起始段(有人认为只限在佛罗里达海峡以内),称为佛罗里达海流;纽芬兰浅滩以东为延续段,称为北大西洋暖流 [1]

起源于墨西哥湾,经过佛罗里达海峡沿着美国的东部海域与加拿大纽芬兰省向北,最后跨越北大西洋通往北极海。在大约北纬40度西经30度左右的地方,墨西哥湾流分支成两股分支,北分支跨入欧洲的海域,成为北大西洋暖流,南分支经由西非重新回到赤道

湾流流轴的平均位置比较稳定,无显著的季节变化。从佛罗里达海峡中间的基韦斯特到北卡罗来纳州的哈特勒斯角,流程约1200公里,这段湾流流轴稳定,且较平直,基本上无离岸弯曲现象。湾流在离开哈特勒斯角向东偏转后,流轴多变,且常常出现弯曲,但其路径直至西经45°附近仍可辨认。此段流程约2500公里。至纽芬兰海丘与中大西洋海岭(大西洋海岭)之间的海域,湾流逐渐散开,汇入北大西洋暖流

湾流的表层宽度介于100~150公里之间,其面向顺流方向的左侧是高密度的低温沿岸水。海水的温度、盐度、水色和透明度等水文特征与湾流迥然不同。尤以北纬 35°以北一带的水温梯度最为明显,通常每公里可达1°C。因此,湾流左侧边界上的“暖锋”可以成为确定湾流路径的主要依据之一。右侧是密度稍低而温暖的马尾藻海水,与湾流的边界无显著的水文特征梯度,不易辨认。

湾流的流速相当大,在两侧往往有较弱的反向逆流。湾流的强流通常仅限于75公里宽的一个窄带内。表层最大流速可高达250厘米/秒,偏于流轴左侧,且有较明显的季节变化。湾流的厚度一般约700~800米,但当湾流离开哈特勒斯角之后,在水深超过4000米的深层大洋中也发现了湾流的踪迹。此外,在湾流之下的大陆斜坡上,还观测到一支流向与表层海流相反,且大致沿着1000~3000米等深线走向流动的深层“逆湾流”。

湾流的流量是沿程递增的。在佛罗里达海峡中,流量约30×10米/秒;至哈特勒斯角附近,流量约增加1倍;从哈特勒斯角往下游1000公里处,流量高达150×10米/秒,约相当于全世界河流流量总和的120倍。

湾流表层海水的温度和盐度年平均值分别介于25~26°C和36.2~36.4之间;在深约400米的水层中,海水温度约10~12°C;在深约200米的水层中,海水盐度达最大值约36.5。湾流表层海水温度具有较明显的季节变化,且与季风的强弱有密切关系。

湾流作为大洋副热带反气旋环流中的西部边界流,基本上是处于准地转平衡状态的;或者说,大尺度的湾流运动加速度很小。因此,运动是在准地转平衡下缓慢进行的。维持稳定的大尺度湾流运动所要求的海面坡度约为1×10。因此,百慕大群岛附近的海面应该比美国东岸的海面高出1米左右。但是,实际的湾流在其前进的途径上常是不稳定的,不存在严格的地转平衡。特别是在湾流离开哈特勒斯角之后,常形成波状弯曲。这种弯曲偶尔也会变得很大,以致其路径也变得难以识别。巨大的弯曲往往是不稳定的,有时会在弯曲处断开而形成巨大的涡旋。这种从湾流主流分离出来的涡旋,通常被称为湾流环,大多出现于湾流的右侧(多为气旋型冷涡);而在湾流左侧形成的涡旋则为数较少(一般为气旋型暖涡)。湾流环一旦形成之后,很快便被湾流两侧的海水所包围,并随湾流两侧的逆流一起,以每天3~10公里的速度向西南移动。有些涡旋可以存在很长的时间。例如,1970年6月间在哈特勒斯角附近发现的一个涡旋,两年以后,才在佛罗里达近海处消失。

湾流涡旋的水平尺度大多介于100~200公里之间,垂直尺度约2500~3500米;表层海水旋转的切向速度往往达100厘米/秒,中层仍可达20~25厘米/秒;涡旋整体移动速度约1~6厘米/秒(每天约数公里)。湾流的弯曲和涡旋是由大尺度海流斜压不稳定性所导致的一类中尺度现象。

湾流蕴含着巨大的热量,它所散发的热量,恐怕比全世界一年所用燃煤产生的热量还要多。由于它的到来,英吉利海峡两岸的土地每年享受着湾流带来的巨大热能。如果拿同纬度的加拿大东岸加以对照,差别更为明显:大西洋彼岸的加拿大东部地区,年平均气温可低到零下10℃,而同纬度的西北欧地区可高到10℃。

湾流与黑潮相比,无论在水量、热量和盐量输送等方面,都大于黑潮。两者在北纬2735°~3735°间的比较。此外,就对于邻近大陆气候的影响来说,湾流也比黑潮来得显著。

据估计,湾流每年向西北欧每公里海岸输送的热量,约相当于燃烧6000万吨煤炭所放出的热量。事实上,在湾流及其延续体──北大西洋暖流流经的海区,气温和水汽含量均较周围海区高得多。暖湿空气在强劲的西风吹送下,可以到达西北欧大陆内部,这对形成西北欧暖湿的海洋性气候有重要的作用。因此,在西北欧大陆上生长着苍翠的混交林和针叶林,而在同纬度的格陵兰岛上则绝大部分是终年严寒并为巨厚冰层覆盖的冰原区。

美国的B.富兰克林曾注意到美国轮船在横渡大西洋时经常比英国轮船横渡大西洋快两星期左右。以后,又向捕鲸船长了解到,美国轮船从美洲到欧洲的航行途中,总是利用北大西洋中的一支流势很强的海流(即湾流),而在返回时却尽量避开这支强流,因此赢得了时间。

湾流弯曲的形成、断开(形成涡旋),以及涡旋与主流的相互作用,是一种复杂的海洋动力学过程。有关这类现象的研究,已成为当前海洋动力学研究中最活跃的课题之一。关于湾流弯曲和涡旋的研究,不仅具有深刻的理论意义,而且对于海况监测和预报以及渔业和沿岸水的污染物排放等实践问题,也有重要的意义。例如,观测发现,沿美国北卡罗来纳州至佐治亚州海岸移动的湾流涡旋,会引起海水强烈垂直混合。大量的营养盐类会被带到陆架水中,并使陆架水的温度降低。由涡旋带来的水量,要比当地每年的入海河川径流量约大10倍。 [1]

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