寒流性質
按洋流的性質分類從水溫較低的洋面流向水溫較高洋面的洋流叫做寒流。它通常是從緯度較高的海區流向緯度較低的海區,而西風漂流則是在盛行西風的吹拂下在南緯40度~60度附近廣闊的洋面上自西向東作緯向流動,確具有寒流的性質,這是為什麼呢?南極大陸的影響起了決定性的作用。
1、南半球的西風漂流是環繞南極大陸流動的,南極大陸氣候終年酷寒,地面上常年復蓋著很厚的冰雪;在極地冰原氣候的影響下使南大洋海水溫度較同緯度北半球要低。
2、從南極大陸延伸出來的冰舌,進入海面後形成了漂浮的冰山,這些浮冰融化時吸收大量的熱能,從而使海水溫度降低。據統計,重量在10萬噸以上的冰山約有218300座,總體積17900萬立方千米;這些浮冰在南大洋大量吸收海水熱量,使海水溫度進一步降低。
3、南極大陸的強勁而乾冷的極地東風使高緯度的海水北流,加劇了海水的降溫。
4、西風漂流分布在南緯40度~60度的海域,緯度較高,太陽高度角小,年太陽輻射總量少。其次,又由於西風漂流正好在南半球溫帶多雨帶,多鋒面雨、氣鏇雨,陰雨天氣較多,削弱了到達地面的太陽輻射,使到達地面的太陽輻射總量進一步減少,據統計,僅為80-120千卡/平方厘米·年。
5、夏季(1月),地球位於公轉軌道的近日點附近,公轉角速度較快,夏季時間較短,即使是夏季海水溫度也不超過10℃。因此,西風漂流具有寒流的性質。
結構
貫通全球的流向
西風漂流接駁了大西洋、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,西風漂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,西風漂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回向北。西風漂流轉向亦可以在其經過東南太平洋中洋脊(mid-ocean ridge)時出現。
四鋒巨大流量
西風漂流包括多個鋒(front)。西風漂流的北方邊界定義在亞熱帶鋒(Subtropical Front)。這標記了溫暖、鹽度高(鹽度通常大於千分之34.9)的亞熱帶水與較冷、鹽度較低的副極地水邊界。向南有亞南極鋒(Subantarctic Front),攜帶了西風漂流的大部分流量,其定義為水面下出現鹽度最低或是最初出現厚厚不成岩層的亞南極模態水(Subantarctic Mode Water)的緯度。再南有極鋒(Polar Front),標記了極冷、相對淡,表面為南極表層水。更南有南面分界鋒(Southern Boundary front),其定義點為密集的深海帶(abyssal zone)上升流到達水面下幾百米。大部分的流量由位於中部的兩個鋒攜帶。西風漂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西風漂流,在塔斯曼尼亞南部的水量為147Sv,西風漂流在此處為全球最大水量的地點。
動力學
水流力量平衡
普遍認為西風漂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西風漂流動量平衡問題。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)。此向北流量被在主要山脊系統引起的向南、壓力推動的水流平衡了。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密集深海上升水流,把密度高的深層水轉化成密度低的表層水,把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西風漂流的強度中,特別影響了北大西洋的性質。
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。
周期性波動
近期研究指出西風漂流依時間而改變。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西風漂流在近二十年的水量增加。