中尺度涡
名称: 卫星发现大洋“中尺度涡”
主题词或关键词: 卫星 海洋科学 海洋观测
内容
20世纪60年代以前，由于缺乏精密的海洋观测手段，人们只是通过一些物理现象的观测，发现了大洋中的表层环流，并建立起风生海流的理论。然而，根据这种理论，还不能绘制出更为准确的大洋海流图，对于具体海流的动力及能量交换关系，难以作出令人信服的评价。于是，人们开始借助新的探测手段，去深入研究认识大洋环流。由于海洋观测手段的逐步改进，特别是利用人造地球卫星来观测海洋，使人们获得了许多过去无法了解的资料，从而不断改变以往对海流的认识。尤其是大洋“中尺度涡”的发现，曾一度使海洋学家们瞠目结舌，传统的风生海流理论因此遭到了巨大的挑战。
1958年，英国海洋学家斯罗毕为了研究海流，设计了一套用声学追踪在大洋中一定水层自由漂浮的“中性浮子”系统，对湾流区域的底层流进行测量。按照人们通常的看法，湾流区域内的海流是一支稳定、宽广的缓慢海流，海流速度在每秒1厘米左右。可是，用这套系统测得的结果使他大吃一惊：那里的海流比他所预想的要大10多倍，而且在短短的10多千米距离之内，海流的流向竟出现完全的相反方向；同时，在1个月左右的时间里。那里的海流还显示出相当大的时间变化。他的这个发现震惊了海洋学界。为了进一步对这种意外的发现作更详细、更广泛的研究，1979年，前苏联的海洋科学家在大西洋的一个涡流海域进行调查，经过半年的观测，所获得的海流资料也使研究人员大惑不解。原来以为，在这一海域海流的平均流速不会很高，只有每秒几毫米；然而，实测的海流流速高达每秒10多厘米，而且是涡流状的海流，其直径为100千米，存在的时间有好几个月。后来，美国科学家在海洋调查中观测到了同样的结果。科学家们用传统的风生海流理论是无法解释这种现象的。那么，这究竟是为什么呢？
1973年，美国耗资数10亿美元发射了“天空实验室”。这个航天器对人类认识海洋作出了重大贡献。卫星首先拍摄到了大西洋西部热带海域水流中的大涡流。这个大涡流纵横60～80千米。同时，这个涡旋的海水运动方式也很有特点，冷的海水从100多米深处向上涌升，将海底许多营养物质带到海面，于是，在这个大涡流的海域中形成一个很好的渔场。“天空实验室”在其他海域也发现了类似的涡旋。例如，在南美洲的西海岸、澳大利亚东部和新西兰一带、非洲东岸和太平洋中部的夏威夷群岛等地附近海域，以及在印度洋西北地区、南中国海海域，都能见到这种涡流。人们将拍摄到的各大洋涡流资料带回地面，交给海洋学家们进行分析研究。人们得出这样的结论：在世界各大洋中，到处都有这种涡流的存在，完全没有这种涡流的海域倒是很难找到的。同时，人们还发现，这些涡流的厚薄、大小不一，旋转的方向，有左有右，涡流中心区的海水温度，有冷有热。总之，大洋中的涡流形形色色，各式各样。这许许多多的涡流，直径从几十千米到数百千米，存在的时间，短的几十天，长的在半年以上。它们与海洋中大而稳定的环流相比，是个局部，并不显眼；但是，它与人们用肉眼看得见的近海水旋涡相比，就显得非常之大了。所以，人们称这种涡流为“中尺度涡”。大洋中尺度涡的发现是近几十年对大洋环流认识的一个突破性进展，它改变了人们对海流的传统看法。
大洋中尺度涡的旋转速度一般都很大，并且一面旋转，一面向前移动。它的移动方式很像台风，而且有很大的动能。有人估计，这些中尺度涡的动能，占据了整个海洋里大、中海流动能的90％以上。台风带来的气候变化和灾难，已是尽人皆知的事了。那么，大洋中的中尺度涡的出现，将给大洋带来哪些变化呢？它对海洋中的动植物生长是福还是祸？这些疑问，都有待于人们去进一步研究。
尽管中尺度涡这种海洋自然现象的发生、发展、消失等问题使众多的海洋科学家们感到困惑不解，但是，大洋中表层海流弯弯曲曲的运动方式，似乎都与此有着密切的关系。如果海流的弯曲度过大，也许会与母体海流脱离，形成一个独立的涡流，就像台风那样，一面旋转，一面向前运动。例如，1974年2月，一个湾流主轴在哈特拉斯角近海处形成了7个涡流，其中有4个暖涡流在主轴北面陆坡海域，3个冷涡旋，则是逆时针方向旋转。
中尺度涡的发现，使传统的大洋海流理论受到挑战。人们可以提出这样的疑问：传统的埃克曼的漂流学说还能继续成立吗？过去的大洋海流图向人们显示，大洋中的环流是由几条大海流组成的。在环流中部，则是平均流速仅有每秒1厘米左右甚至更小的弱流区。而大量“中尺度涡”的发现，使人们认识到，大洋里决不只是几个简单的环流，弱流区也不是想像的那样平静。这就是说，大洋环流的结构可能更复杂。而且，人们还发现，充斥于海洋中的这许许多多的涡流，与大洋环流之间有着强烈的相互作用，因此不能忽视涡对环流的影响。假如这些涡流也像大气中那样由斜压不稳定因素引起，则大洋环流有可能由中尺度涡所维持。这就是从根本上修正了风生环流的观点。