海-氣關係
正文
海洋與大氣之間各種物理量的交換、各種尺度運動之間的相互影響、相互制約和相互適應的關係。海洋和大氣是地球上兩部分密度不同的流體，它們之間有著廣闊的交界面,構成了相互作用的耦合系統。海-氣關係已成為海洋科學和大氣科學中共同研究的領域。
示意圖海洋和大氣之間的相互作用,首先表現在通過海洋和大氣交界面的各種物理量的交換。它包括熱量、動量、水分、鹽粒、塵埃和其他微粒物質，以及二氧化碳氣體和電荷等的交換。由於海洋和大氣的物理特性不同，它們在相互交換和全球能量的收支中所起的作用也不同。
占地球表面約71％的海洋，同大氣相比，具有下列熱力學和動力學的特性。海洋主要從海面加熱，層結比較穩定。海水密度大（約為近海面大氣的800倍）,總質量大（約為大氣的258倍），比熱大（約為大氣的4倍），因此具有巨大的熱容量。由於大氣對太陽的短波輻射是近乎透明的(僅吸收19％)，所以到達地球表面的太陽輻射能大部分被海洋所吸收，而且被貯藏起來。這些能量通過紅外輻射、感熱通量和潛熱通量的方式向大氣輸送(加熱低層大氣)。因此,海-氣之間的熱量交換過程，主要是海洋向大氣輸送熱量的過程。海洋是驅使大氣運動的能量的主要供應者和調節器，又是地球的一個“大水庫”，全球海水的總質量約占地球水圈總質量的96.5％。大氣中的水汽,絕大部分來源於海洋的蒸發。海-氣之間的水分交換過程，主要是海洋向大氣輸送水汽。鹽粒交換也主要是海洋向大氣輸送。根據計算的結果，海洋在全球大氣的能量平衡中,有重要的作用(見熱量平衡、大氣環流的能量平衡和轉換)。
大氣是海-氣系統中比較多變的成員。 運動著的大氣，不斷通過海面將動能輸送給海洋。除了海洋中溫度和鹽度分布的作用外，風是海流形成的主要動力。同時，大氣的運動狀況，不僅能影響海水的水平輸送，而且能引起海水的鉛直輸送。大氣的熱力層結、雲量及其分布，也能影響海面對太陽輻射的吸收和海－氣之間的熱量交換，從而影響海洋的熱狀況和溫度分布。
為了研究海-氣交換,許多國家曾進行過大量的工作，包括在海面附近直接用儀器測量，或根據物理過程，利用海洋和氣象資料進行理論的和經驗的計算。已編制出的全球海洋與大氣之間的能量交換圖,是研究海-氣相互作用的基礎資料。
各種尺度海氣相互作用的現象 海洋與大氣之間的相互作用，包括各種時間和空間尺度的過程。
小尺度相互作用 主要研究海洋上大氣邊界層的物理結構，以及邊界層內的熱量、水分和動量的交換機制和測定方法。人們利用船舶、浮標、飛機、氣球及人造衛星的綜合觀測，進行海洋大氣邊界層試驗，取得了一些基礎資料。在此基礎上，對熱帶對流過程、積雲等形成過程中的海-氣相互作用,有了新的認識（見熱帶氣象學）。
天氣尺度相互作用 溫帶氣鏇入海後的加強，與海面溫度和海-氣之間的能量交換有密切的關係。 颱風和其他熱帶氣鏇的生成和發展，也顯著地受到海面溫度的影響。通常，暖的海面有利於熱帶氣鏇和溫帶氣鏇的發展；氣鏇通過海面時，在海洋埃克曼層內因海水輻散上涌，海面溫度可明顯降低。因此，在有強烈的氣鏇和颱風活動的海區，會形成範圍相當大的降溫區。此外，海洋中存在的中尺度渦鏇，其空間尺度與大氣中氣鏇和反氣鏇接近，其間的海-氣相互作用尚待進一步研究。
行星尺度相互作用 指半球或全球尺度的海洋與大氣之間的相互作用,它對於大氣環流和氣候的異常,有十分重要的影響。許多氣候學家認為，海洋和大氣的相互作用，是氣候形成和變化的重要環節。人們認為主要的洋流系統和大氣環流系統十分相似，這是行星尺度相互作用的最好例證。已經發現在主要洋流區，如大西洋上的灣流區和太平洋上的黑潮區（北半球最強大的兩支暖洋流）以及赤道東太平洋區(稱為赤道冷水帶)，海洋和大氣之間的相互作用最為激烈。在黑潮和灣流區，冬季時海洋向大氣輸送的總熱量，可以達到1000卡/(日·厘米)，成為一個強大的熱源。在這些海區，海面溫度的距平值常常可以達到±2～3°C，相當於對大氣熱量的供給改變 100卡/（日·厘米）。海洋向大氣加熱狀況的變化，往往可持續幾個月甚至一年以上。其空間尺度可達數千公里,與大氣活動中心的尺度相當。已經發現,大氣活動中心和某些天氣系統，如太平洋高壓、阿留申低壓、熱帶輻合帶和東亞沿岸西風槽的位置和強度，以及平均經圈環流和緯圈環流的強度等，都顯著地受到海洋狀況的影響。海洋不僅影響其局地上空的大氣，而且還與大範圍的天氣氣候相關聯。許多異常氣候往往在海洋上出現先兆，因而海面溫度已成為長期天氣預報的一個重要指標。異常的大氣環流對海洋也有顯著的影響。它可造成異常的海水輸送、輻散、輻合和鉛直運動，形成異常的海面溫度分布。赤道東太平洋著名的埃爾尼諾現象是大尺度海洋環流和大氣環流的相互作用的明顯例子之一。
海冰與氣候 兩極和高緯度地區的海冰對氣候有顯著的影響。海冰有很大的反射率(平均比海面約大 3倍)，所以吸收的太陽輻射少，使其上空的大氣降溫，影響周圍海水溫度，海水的溫度又影響大氣的溫度。在氣候模式中，極冰是必須考慮的一個重要因子（見氣候模擬）。
海-氣相互作用的研究,已經從現象的揭露發展到對相互作用的機制和理論的研究。 有的海-氣耦合的大氣環流模式和氣候模式，已取得一些有意義的結果，但尚無成熟的理論。
參考書目
E. B. Kraus, Atmosphere-Ocean Interactions，Clarendon Press，London，1972.
J.S.Malkus，Large-scale Interactions，The Sea,Vol.1，pp.88～294，1962.
