我们的海洋系列（17）环流变化

张武昌2021年8月6日星期五

太阳对地球的照射使得地球表面吸收的热量不均衡，吸收热量多的地方大气温度升高上升，从而在地球上形成了垂直方向的大气环流，在每个半球在纬度方向上都有三个垂直大气环流圈。与此对应，在地球表面则形成了风向比较稳定的风带，在每个半球在纬度方向上都有三个风带。

地球表面的风带和垂直大气环流圈

在大洋的表面，纬度40度左右的西风带和赤道南北两侧的东风带吹动洋流，使得大洋表面产生了闭合的环流，称为亚热带环流，在北半球是顺时针，南半球是逆时针方向。在太平洋和大西洋，存在南北两个大体对称的环流，在印度洋，由于亚洲大陆的阻挡，北印度洋没有形成向北延伸的环流。

太平洋、大西洋和印度洋的环流

（红色为暖流、蓝色为寒流）

在更高的纬度，环流的情况有点复杂。在北半球的太平洋扇区，在北太平洋亚热带环流的北部到白令海峡是逆时针的亚北极环流，在北冰洋的波弗特海和北极点之间是顺时针的波弗特环流（Beaufort Gyre），这样北太平洋扇区就有与大气环流对应的三个环流。

太平洋扇区的亚北极环流（左）和波弗特环流

在北半球的大西洋扇区，由于海陆格局和海底地形的原因，亚热带环流的湾流延伸体在亚速尔群岛分为南支和北支，北支由于没有地形的阻拦，直接冲进北冰洋，从而占据了亚北极海区的大部分面积，将亚北极环流（Subpolar Gyre）压缩成只在格陵兰岛和纽芬兰到南部的一个极小的存在。

北大西洋的亚北极环流被大大压缩

在南半球，南大洋的存在使得亚极区环流和极区环流都是环绕地球流动的环流，而不是局限在太平洋、大西洋和印度洋的扇区内。这个合并的环流被称为南极绕极流，极锋（polar front）就是这两个环流的分界线。

南大洋的南极绕极流，黑色虚线为极锋

这些环流就像人体的循环系统，重新分配海洋的热量、盐分和营养盐等。全球变暖导致海洋和大气的能量增加，风速变快，这些环流会发生哪些变化呢？

首先是环流加速。2020年在Science Advance期刊的论文指出，自1990年代开始，全球平均来看洋流在增强，热带洋流的加速最为明显。但是各个海区的洋流有不同的变化，太平洋的洋流增强最为显著，但是东亚的黑潮似乎很稳定；在印度洋，非洲东北洋面的厄加勒斯洋流变宽了，产生了更多的涡旋；大西洋的湾流在变弱。

其次，科学家们同样关注着这些环流的位置变化。近40年的资料表明，这些亚热带大洋环流正在以平均每10年0.04-0.1个纬度的速度向极区移动。其中南半球环流的向极移动比较显著，北半球环流的向极移动在统计学概念上不显著，无法与自然变率区分开来。2021年的研究表明黑潮延伸体在东经142-165度之间每10年向北移动约0.23个纬度。