南冰洋洋流

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更新時間: 2013-09-16

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南極洲環流(Antarctic Circumpolar Current,ACC),或稱為西風漂流(West Wind Drift),為一個環繞南極洲由西向東的洋流。南極洲環流為南冰洋的主要循環系統特徵。她令溫暖的海水隔離南極洲,令其大陸維持其巨大冰原(ice sheet)。

南冰洋洋流 -百科名片

  南極洲環流(Antarctic Circumpolar Current,ACC),或稱為西風漂流(West Wind Drift),為一個環繞南極洲由西向東的洋流。南極洲環流為南冰洋的主要循環系統特徵。她令溫暖的海水隔離南極洲,令其大陸維持其巨大冰原(ice sheet)。

南冰洋洋流 -基本信息

  南極洲環流被水手們廣泛認知多年。傑克·倫敦的"Make Westing" 深刻地刻劃出快帆船(clipper ship)上水手們在紐約至加利福尼亞的航線上繞過合恩角的困難。

南冰洋洋流 -結構

貫通全球的流向

  南極洲環流接駁了大西洋、太平洋、印度洋盆地,並同時作為三者交流的主要渠道。此環流會受到地形及水底測繪(bathymetric)特徵的強烈限制。由南美洲開始,南極洲環流流經南美洲與南極洲間的德雷克海峽,接著在斯科舍島弧分割,微弱的溫暖分支向北形成福克蘭洋流,較強的分支則穿過島弧在向東流。經過印度洋時,環流在印度洋的克革倫高原(Kerguelen Plateau)被分割,大部分流量轉移向北。到達紐西蘭南部時,環流依照坎貝爾高原(Campbell Plateau)的輪廓流動,首次向南大幅轉向然後再次轉迴向北。環流轉向亦可以在其經過東南太平洋中洋脊(mid-ocean ridge)時出現。

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四鋒及三大水體

  南極洲環流由三個各自繞南極環流的水體組成,水體之間的邊界稱為「鋒」(front)。由北向南依次為:

  副熱帶水體(subtropical water),溫暖、鹽度高(鹽度通常大於千分之34.9),不屬於該環流。副熱帶鋒(Subtropical Front,STF), 南極洲環流的北界。亞南極海區(Subantarctic Zone), 其水體為亞南極水體(Subantarctic water),攜帶了南極洲環流的大部分流量。也稱為為亞南極模態水(Subantarctic Mode Water)特點是水面下出現鹽度最低或是厚厚不分層的水體。由於對流混合充分,水中溶解氧高達6ml/l以上。副南極鋒(Subantarctic Front, SAF),極鋒海區(Polar Frontal Zone),位於副南極鋒與極鋒之間的海域,水體稱為副極地水體(subpolar water),鹽度低、溫度低。極鋒(Polar Front, PF),向南越過鋒海水溫度突然下降2~3度、海水密度上升、鹽分濃度也有明顯下降。也是南大洋海洋生物差異的分界線。寬度約32~48公里,位於大西洋、太平洋、印度洋南緯48度到61度間。南極的海水在幅合帶沉到亞南極的海水之下,混合后涌升起來,因此海水的初級生產量較高,以南極磷蝦生物資源量大而著稱。南極海區(Antarctic Zone), 其表層為南極表層水(Antarctic Surface Water),溫度非常冷、鹽度相對淡(由於持續的降水與冰山在此區域融化)。南極表層水潛入海面以下1000米左右的深度,稱為南極中層水(Antarctic Intermediate Water, AAIW),在大西洋、印度洋、太平洋延伸到赤道以北20°N。南面分界鋒(Southern acc Front,sACCf 或Southern Boundary front),大量的深海水上升到水面下幾百米。南極大陸海區(Continental Zone, CZ) 南極大陸與南面分界鋒(sACCf)之間的水體,表層水的特點是溫度低、鹽度低。不屬於環南極洋流。大部分的流量由位於中部的兩個鋒之間的亞南極模態水體所攜帶。南極洲環流在德雷克海峽的總流量估計為135百萬立方米/秒(即斯維爾德魯普, Sv),亦即約為全球河流流量總和的135倍。在印度洋有較少的水量加入南極洲環流,在塔斯曼尼亞南部的水量為147Sv,南極洲環流在此處為全球最大水量的地點。

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南冰洋洋流 -動力學

水流力量的平衡的疑問

  普遍認為南極洲環流的巨大流量是因為南冰洋西風帶強烈的風引致,而此風更吹在整個開放的緯度上。如果緯度上有陸地,風吹在密度低的表層水上很容易便會疊起來被大陸所阻礙。但南冰洋密度低的表層水的動量不能以以上方式取得平衡。

溫鹽環流理論

  各種理論在不同層面提出了關於由風引起的南極洲環流動量平衡問題。風所推動的東向動量不斷增加,因為科里奧利力而令水分子漂離地球的自轉軸(即向北行)。此向北流量被深度低於洋脊系統的在壓力驅動下向南流的深水大洋底流平衡掉了。部分理論把以上水流直接連繫在一起,意味著南冰洋水流引起顯著的上升水流,把密度高的深層水轉化成密度低的表層水,與及由原本向南的水流轉化成向北。以上理論把全球性溫鹽環流計算在南極洲環流的強度中,特別影響了北大西洋的性質。

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彎流理論

  另一方面,有如發生在海洋的大氣風暴的海洋渦流,或視為南極洲環流的大規模彎流(meanders)可能直接把流量動量帶至水柱下。這是因為水流可以在槽造成一個純南向力,而在脊造成一個純北向力,兩者不需要任何密度的轉移。實際上溫鹽環流及彎流均可能作為一個重要角色。

南極洲環流的周期性波動

  近期研究指出南極洲環流依時間而改變。以上發現的證據為南極繞極波(Antarctic Circumpolar Wave),南極繞極波為一個影響大部分南半球氣候的周期性振動。另一證據為南極濤動(Antarctic oscillation),包含了南極風力及位置的轉變。南極濤動的趨勢被假設為因為南極洲環流在近二十年的水量增加。

南冰洋洋流 -形成

  3350萬年前,澳洲大陸與南極洲大陸分離,塔斯馬尼亞海道(Tasmanian seaway )形成。岡瓦那大陸在2千3百萬年前(中新世)以德雷克海峽為界分裂成為南極洲及南美洲,南極洲環流於是形成。由於南極洲與溫暖洋流受到阻隔,南極洲變得越來越冷,冰川開始在原本是森林的大陸上形成。

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