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第11章 海洋大气(1)

大陆性气候

大陆性气候通常指处于中纬度大陆腹地的气候。在大陆内部,海洋的影响很弱,大陆性气候显著。内陆沙漠是典型的大陆性气候地区。草原和沙漠是典型的大陆性气候自然景观。大陆度是表示大陆性气候明显程度的一个指数。

大陆性气候最显著的特征,是气温年较差或气温日较差很大。在气温的年变化中,最暖月和最冷月分别出现在7月和1月(南半球分别在1月和7月)。春季升温快,秋季降温也快,一般春温高于秋温。在日变化中,最高温度出现的时间较早,通常在13—14时;最低气温一般出现在拂晓前后。大陆性气候的另一重要特征是降水量少,且降水季节和地区分布不均匀。大陆性气候影响下的地区,一般为干旱和半干旱地区,降水量一般不到400毫米,甚至在50毫米以下。

大气环流

大气大范围运动的状态。某一大范围的地区(如欧亚地区、半球、全球),某一大气层次(如对流层、平流层、中层、整个大气圈)在一个长时期(如月、季、年、多年)的大气运动的平均状态或某一个时段(如一周、梅雨期间)的大气运动的变化过程都可以称为大气环流。

大气环流是完成地球—大气系统能量、热量和水分的输送和平衡,以及各种能量间的相互转换的重要机制,又同时是这些物理量输送、平衡和转换的重要结果。因此,研究大气环流的特征及其形成、维持、变化和作用,掌握其演变规律,不仅是人类认识自然的不可少的重要组成部分,而且还将有利于改进和提高天气预报的准确率,有利于探索全球气候变化,以及更有效地利用气候资源。大气环流通常包含平均纬向环流、平均水平环流和平均径圈环流三部分。

平均纬向环流

指大气盛行的以极地为中心并绕其旋转的纬向气流,这是大气环流的最基本的状态,就对流层平均纬向环流而言,低纬度地区盛行东风,称为东风带(由于地球的旋转,北半球多为东北信风,南半球多为东南信风,故又称为信风带);中高纬度地区盛行西风,称为西风带(其强度随高度增大,在对流层顶附近达到极大值,称为西风急流);极地还有浅薄的弱东风,称为极地东风带。

平均水平环流

指在中高纬度的水平面上盛行的叠加在平均纬向环流上的波状气流(又称平均槽脊),通常北半球冬季为3个波,夏季为4个波,3波与4波之间的转换表征季节变化。

平均径圈环流

指在南北垂直方向的剖面上,由大气经向运动和垂直运动所构成的运动状态。通常,对流层的径圈环流存在3个圈:低纬度是正环流或直接环流(气流在赤道上升,高空向北,中低纬下沉,低空向南),又称为哈得来环流;中纬度是反环流或间接环流(中低纬气流下沉,低空向北,中高纬上升,高空向南),又称为费雷尔环流;极地是弱的正环流(极地下沉,低空向南,高纬上升,高空向北)。

解不开的疑团——厄尔尼诺

从本世纪50年代起,特别是70年代后,全球气候变得异常,世界各国灾情迭起。美国夏威夷地区遭受罕见的飓风袭击;秘鲁等地,洪水泛滥;非洲大陆出现百年不遇的大旱灾。在这一时期,我国也发生了类似的洪涝、干旱等异常气候,给农业生产和人民生活带来重大损失。面对大自然给人类造成的种种灾害,人们开始思索,科学家们对50年的海洋和气象资料分析发现,全球气候异常与厄尔尼诺现象有密切关系。肖特首先提出,厄尔尼诺是一股沿秘鲁沿岸南下的暖流,可一直侵入到南纬12°以南。它是一种大规模的海洋和大气相互作用的现象。

厄尔尼诺的老家原在太平洋东部赤道海域,那里终年温暖。在某种情况下,该海域赤道逆流中的一部分海水,会沿厄瓜多尔海岸南下,穿过赤道,向南流动,这就是厄尔尼诺暖流。早些时候,这支海流并没有像太平洋的黑潮、大西洋的湾流那样引人注目。然而,在近20年来,历史上不多见的厄尔尼诺现象时有发生。1972年厄尔尼诺现象的出现,给许多沿海国家的经济,特别是渔业生产带来严重损失。相隔10年之后的1982年,厄尔尼诺现象再度发生。这次厄尔尼诺现象的发生,全世界就有1000多人死亡,经济损失达80多亿美元。澳大利亚共损失了近30亿美元,捕鱼王国秘鲁的捕鱼量骤减。我国则出现了南旱北涝的气候,粮食减产几十亿斤,连远离太平洋的非洲和欧洲也不同程度地受到它的冲击。

厄尔尼诺现象的不断发生,引起沿海许多国家的重视,特别是海洋和气象科学家,都把这一灾害性现象的研究课题放到首卷。在研究的过程中,使科学家最伤脑筋的是,厄尔尼诺暖流是怎样产生的呢?有人认为,它是赤道太平洋信风减弱,热带辐聚向南移动,越过赤道的产物;也有学者说,它是大气压和风系的大幅度移动所致;还有科学家认为,它是由于大气环流减弱的结果等等。

科学家们的研究还发现,东南太平洋上的高压带和北澳大利亚到印度尼西亚低压带之间海平面的气压波动——南方波动,也与厄尔尼诺现象密切相关。于是,科学家们积极参与厄尔尼诺和南方涛动的研究,试图从中找出它们之间的某种关系。关于它们之间的成因也有多种说法:有学者认为,前期西太平洋赤道东风带持续增强使西太平洋聚集暖水,造成太平洋西部相对于东太平洋下倾,产生一个回复力;随后东风气流减弱,形成自西向东传播的开尔文波。从而导致东太平洋水温异常增暖的现象。也有人认为厄尔尼诺和南方涛动是一种短周期的全球变化。在它们发生期间,海气间相互作用,大气对海洋的作用主要表现为风力效应,而海洋对大气的作用主要表现为热力效应。赤道东太平洋海温增暖可使南方涛动减弱,而后者又可使赤道信风减弱而引起赤道海温增暖。

在探索厄尔尼诺形成机理的过程中,科学家们还发现了这样的巧合:20—50年代,是火山活动的低潮期,也是世界大洋厄尔尼诺现象的次数较少、强度较弱的时期。进入50年代后,世界各地的火山活动进入了活跃期,与此同时,大洋上厄尔尼诺现象次数也相应增多,而且表现十分强烈。根据近百年资料统计,75%左右的厄尔尼诺现象是在强火山爆发后一年半到两年间发生的。这种现象也引起科学家们的特别关注。

到目前为止,人们对形迹不定、出现无常的厄尔尼诺现象进行了种种探索,仍然是众说纷纭,难以定论。厄尔尼诺这种海气之间的相互作用和影响又直接扰乱全球的气候。于是,人们认为厄尔尼诺现象是反映大洋海水温度和气候异常变化的重要信息,只有掌握认识了厄尔尼诺海流的产生和发展规律,才有可能弄清全球气候的变化规律。但是,目前海洋科技发展和科学家们的良好愿望有较大的差距。因为在一望无际的大洋里,仅用目前的海洋调查手段所获取的资料,真可以说是寥寥无几,远不能满足海洋研究的需要。由于缺乏热带太平洋较为系统的资料特别是西太平洋方面的资料,加之这支海流有时不见踪影,有时又极度发展,这又给调查和研究带来困难。因此,厄尔尼诺的很多问题,便成为90年代海洋、大气科学的研究热点。发生厄尔尼诺现象时,它是如何形成的?那巨大的暖水是从何处来的,它的热源在那里?过去,科学家们曾提出各种各样的假说,有的说是海底火山爆发;有人认为热源来自地心等等。不管哪种解释,都拿不出令人信服的依据,这是未解谜之一。

未解谜之二,太平洋发生厄尔尼诺现象有没有其自身的规律?例如,它发生周期的长短受什么制约;它的发生、生长与消衰以及强度有哪些代表性的信号等等。

未解谜之三,无论是厄尔后诺现象或是反厄尔尼诺现象的发生,都是大洋内暖水的大范围运动。那么,这种暖水的运动和北太平洋发生的顺时针大洋环流,及在南太平洋中发生的逆时针大洋环流有什么关系?特别引起海洋、大气科学家们注意的是,厄尔尼诺与黑潮的大弯曲、摆动有联系吗?

难解谜之四,在大洋中发生厄尔尼诺的特点之一是,发生范围大,时间长,这给我们监视、监测带来了极大的困难。如何确定反映厄尔尼诺过程的发生时间、结束时间,以及监测位置等,以达到在有限的观测点上的资料来预报厄尔尼诺的目的。

难解谜之五,大洋中出现厄尔尼诺现象为什么能影响全球气候?人们能不能通过预测厄尔尼诺现象的发生,来预报异常气候?今天,人们对厄尔尼诺现象的认识比过去深入多了,随着海洋科学技术的发展,特别是卫星遥感技术的应用,人们有理由相信,在今后十年内,将会对厄尔尼诺现象的生成机理有深刻认识,实现对厄尔尼诺的预报。

海底何来淡水

科学家们在海底发现有甘甜的淡水,而且数量惊人。例如,在希腊东南面的爱琴海,海底有一处涌泉,一昼夜能流出100万立方米淡水。

海底的淡水是从何处来的呢?各国科学家经过艰辛探索,提出了不少理论,主要有渗透理论、凝聚理论、岩浆理论、沉降理论等。

渗透理论认为,海底的淡水来自陆地。海洋每年有33万立方千米的海水被蒸腾,化为雨雪降到陆地上之后,一部分渗入地下,遇到不透水的岩层,便形成了蓄水层。如果这蓄水层靠近大海,淡水就有可能透过海岸流入海底的岩层中。凝聚理论认为,地面上的淡水渗入海底只能达到一定界限,但实际上在这一界限以下仍有淡水,显然这些淡水不是来自陆地。海底的有些海水是那里空气中的水蒸气凝聚而成的。岩浆理论认为,地球深处存在着放气带,那里释放出数量惊人的气体,其中有大量的氧气和氢气,它们相互结合便形成了岩浆水。沉降理论则认为,地下水的起源与海底沉积物的沉积过积相联系。海水中携带的大量泥沙,一层层地沉积在海底,下层的沉积物在重力的作用下,把水分挤出来;被挤压的水又随沉积物的下降,被带入地层深处,形成了地下水。

不管哪一种理论更符合实际,但在海底有藏量丰富的淡水,这是不争的事实。科学家们设想,有朝一日在海上建成淡水厂,用钻机像钻石油一样钻淡水。人们期待这一日尽快到来。

四大洋的名称是怎么来的

太平洋最初没有统一的称呼,我国古代把它笼统地称为“沧海”、“东海”等,在国外也曾有人将它命名为“南海”。现在使用的名称是葡萄牙著名航海家麦哲伦所起的。1519年,这位探险家带着由几只帆船组成的船队横渡大西洋,几个月后到达南美洲的巴西海岸。接着他们沿海岸继续向南航行抵达南美洲最南端,然后从东而西穿过一条曲曲折折、长达100多千米的海峡——后来以他的名字命名的麦哲伦海峡,进入太平洋海域。麦哲伦发现这里波平如镜,与汹涌澎湃、波浪滔天的大西洋形成鲜明的对照。因此,他给这片大洋起名为“太平洋”。

大西洋在西方各种语言中把它称为“阿特兰他洋”。这个名字源于古希腊神话中的一位英雄阿特拉斯的名字。在古代希腊神话故事中阿特拉斯是普罗米修斯的兄弟。普罗米修斯因盗取天火给予人类而触犯了天条,被万神之王宙斯判处死刑,绑在高加索山上,让雄鹰啄其心肝。阿特拉斯也因此受到株连,宙斯令他头顶肩扛巨大的地球,永远不准放下。传说这位顶天立地的大力神住在极远极远的西边,人们看到大西洋海域宽广,无边无际,以为它就是阿特拉斯的栖身之所,就把它称为阿特兰他(阿特兰他是阿特拉斯的形容词)。然而,我们现在使用的大西洋这个名字却与大力神阿特拉斯无关,而是根据明朝时欧洲传教士编绘的世界地图上拉丁文名称意译过来的。而且在古代,大西洋南北则被称为“西洋”或“北海”。直到17世纪中期,西方各国才把“阿特兰他洋”一名扩大到大西洋北部。

印度洋在我国古代被称为“西洋”。我们平常所说的明代大航海家郑和下西洋,就指的是印度洋。在古希腊时期,著名地理学家、历史学家希罗多德(公元前484年—前425年)曾称之为“厄立特里亚海”,意为“红海”。初时指的可能就是现在的红海,以后穿过曼德海峡发现还有更大的海域,遂用这个名称泛指整个印度洋。到古罗巴时期,印度洋被罗马人称为“鲁都姆海”,但这个名字只不过是希腊语“厄立特里亚”的意译,也是“红海”的意思。同一时期,印度洋还被人称为“南海”、“东海”等等。直到15世纪末,葡萄牙著名航海家达·伽马为了寻找通往印度的航线,绕过非洲南端的好望角进入这个大洋后,才开始使用“印度洋”这个名称。从此以后这个名称逐渐为人们所接受,成为通用的名称。

北冰洋名称的由来,一则因为它处于以北极为中心的地区,二则因为这一地区气候严寒,洋面上常年覆有冰层。所以,人们称之为“北冰洋”。

海市蜃楼

平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方,偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城郭、树木等幻景,称为海市蜃楼。我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景,古人归因于蛟龙之属的蜃,吐气而成楼台城郭,因而得名。海市蜃楼是光线在铅直方向密度不同的气层中,经过折射造成的结果。常分为上现、下现和侧现海市蜃楼。

近地面层是强逆温时空气密度随高度强烈减小,远方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘,便出现上现蜃景。

气象奇观

峨眉宝光

四川省峨眉山,海拔3000米以上,山中森林茂密,流水淙淙,水汽来源充沛,空气潮湿,常有云雾萦绕在群山之中。国内、外有许多类似峨眉山的常有云雾萦绕的山峰高岭。在清晨或傍晚,太阳位于地平线附近时,人若站在云雾萦绕的高山之巅,恰值山巅之上是晴空,山巅之下是云雾,你背对晴天的太阳,下看弥漫的云海迷雾,便可能突然看到云雾幕上出现人影,围绕在人影的四周是一圈圈彩色光环,有红色的也可有蓝色或别的颜色的弧环,这就是峨眉宝光。它是由于阳光照射观测者所形成的人影一直投射到云雾幕上,观测者便可看到自己的影子。阳光又照射到影子附近的云雾滴上,云雾滴对阳光产生散射、衍射等较复杂的过程,便形成以太阳与观测者的连线的延长线为中心的一圈圈彩色光环。据记载,在峨眉山上看到这种大气光象的机会甚多,每年约有七八十次。

黄河流鱼