溫鹽環流：修订间差异

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我將Thermohaline circulation全部翻譯為中文，以補之前中文內容之不足，因而將前手的作品覆蓋，在此致歉。在完成大西洋經向翻轉環流和此篇的翻譯，總覺得兩篇的題目過大，要解釋的名詞過多，似乎仍不算了解清楚。倒是在本篇翻譯中的===深海水團移動===一節將"經向"和'翻轉"兩部分解釋的較為清楚，算是件好事。敬請指教。
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[[File:Thermohaline circulation.png|thumb|400px|簡化的北大西洋深層水流動循環圖，藍色的線表示海底的[[寒流]]，紅色的線代表海面的[[暖流]]。]]
[[File:Thermohaline Circulation using Improved Flow Field.ogv|thumb|350px|溫鹽環流.]]


[[Image: Thermohaline Circulation 2.png|thumb|350px|全球溫鹽環流路徑概要 - 藍色代表深層洋流路徑，紅色代表表層洋流路徑。]]
'''溫鹽環流'''（{{lang-en|Thermohaline circulation}}，縮寫：'''THC'''），又稱'''深海洋流'''、「'''輸送洋流'''」、「'''深海環流'''」等，是一個依靠海水的[[溫度]]和[[鹽度]]驅動的全球[[洋流]]循環系統。這個系統的運作現況是，以[[風力]]驅動的海面水流如[[墨西哥灣暖流]]等將[[赤道]]的[[暖流]]帶往[[北大西洋]]，即[[北大西洋暖流]]，暖流在高[[緯度]]處被冷卻後下沉到海底，這些高密度的水接著流入[[洋盆]]南下前往其他的暖洋位加熱循環，一次溫鹽循環耗時大約1600年，在這個過程中洋流運輸的不單是能量（溫度 / [[熱能]]），當中還包括地球固態及氣體資源等，如海面及海底的氧氣與營養鹽，不過溫鹽環流最受人類關注的是其全球[[恆溫]]的功能。溫鹽環流推測主要是由於北大西洋及南冰洋之間的鹽分及溫差[[對流]]而觸發的。
[[File: Thermohaline Circulation using Improved Flow Field.ogv|thumb|350px|全球溫鹽環流動畫。]]


'''溫鹽環流'''（{{lang-en|Thermohaline circulation}}，簡稱THC）是一種大型的[[洋流]]，由[[海面溫度|海洋表面溫度]]和[[淡水]][[通量]]（例如[[冰蓋]]融水）產生的海水{{le|密度梯度|density gradient}}所驅動。<ref>{{cite journal|last=Rahmstorf|first=S|title=The concept of the thermohaline circulation|journal=Nature|volume=421|page=699|year=2003|url=http://www.pik-potsdam.de/~stefan/Publications/Nature/nature_concept_03.pdf|pmid=12610602|issue=6924|doi=10.1038/421699a|bibcode=2003Natur.421..699R|s2cid=4414604|doi-access=free}}</ref><ref>{{cite journal|last=Lappo|first=SS|title=On reason of the northward heat advection across the Equator in the South Pacific and Atlantic ocean|journal=Study of Ocean and Atmosphere Interaction Processes|year=1984|pages=125–9|publisher=Moscow Department of Gidrometeoizdat (in Mandarin)}}</ref>英文形容詞"thermohaline"源自[[古希臘語]]中"thermo"（指[[溫度]]）和"haline"（指[[鹽度]]），此兩因素共同決定海水的密度。由風驅動的海洋表面洋流（例如[[墨西哥灣暖流]]）從[[赤道]][[大西洋]]向北極地區流動，途中受到冷卻，最終在高[[緯度]]地區下沉（形成{{le|北大西洋深層海水|North Atlantic Deep Water}}）。這些稠密的海水然後進入[[海盆]]。雖然其大部分在[[南冰洋]]上升，但最古老的海水（流動花費時間約為1,000年）<ref>The global ocean conveyor belt is a constantly moving system of deep-ocean circulation driven by temperature and salinity; [http://oceanservice.noaa.gov/facts/conveyor.html What is the global ocean conveyor belt?] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171231183924/https://oceanservice.noaa.gov/facts/conveyor.html |date= 2017-12-31 }}</ref>在北[[太平洋]]上升。<ref>{{cite journal|doi=10.1175/JPO2699.1|last=Primeau|first=F|title=Characterizing transport between the surface mixed layer and the ocean interior with a forward and adjoint global ocean transport model|journal=Journal of Physical Oceanography|volume=35|issue=4|pages=545–64|year=2005|bibcode=2005JPO....35..545P|s2cid=130736022 |url=https://escholarship.org/content/qt5f76r4wn/qt5f76r4wn.pdf?t=n3tp5j}}</ref>由此緣故，海洋盆地海水之間發生廣泛的混合，將其間的差異降低，並在全球海[[洋]]中形成一個系統。這些迴路中的海水會輸送能量（熱量）和質量（溶解的固體和氣體）。因而環流的情況對地球的[[氣候]]有很大的影響。
== 概觀 ==


溫鹽環流有時被稱為海洋傳送帶（ocean conveyor belt）、大洋傳送帶（great ocean conveyor）或全球傳送帶（global conveyor belt），這些名詞均由[[美國]]氣候科學家 {{le|華萊士·S·布拉克|Wallace Smith Broecker}}所創。<ref>{{Cite news |last=Schwartz |first=John |date=2019-02-20 |title=Wallace Broecker, 87, Dies; Sounded Early Warning on Climate Change |language=en-US |work=The New York Times |url=https://www.nytimes.com/2019/02/19/obituaries/wallace-broecker-dead.html |access-date=2022-06-05 |issn=0362-4331}}</ref><ref>{{Cite journal |last=de Menocal |first=Peter |date=2019-03-26 |title=Wallace Smith Broecker (1931-2019) |journal=Nature |language=en |volume=568 |issue=7750 |pages=34 |doi=10.1038/d41586-019-00993-2|bibcode=2019Natur.568...34D |s2cid=186242350 |doi-access=free }}</ref><ref>{{Cite book |last=S. |first=Broecker, Wallace |url=http://worldcat.org/oclc/695704119 |title=The great ocean conveyor : discovering the trigger for abrupt climate change |date=2010 |publisher=Princeton University Press |isbn=978-0-691-14354-5 |oclc=695704119}}</ref>有時它也用來指經向翻轉環流（通常縮寫為MOC，參見{{le|緯向與經向環流|Zonal and meridional flow}}）。MOC一詞可能會較溫鹽環流準確，且具明確定義，溫鹽環流僅為由溫度和鹽度驅動的環流，而風力和潮汐力等其他因素也會驅動環流發生。<ref>{{cite journal|last=Wunsch|first=C|year=2002|title=What is the thermohaline circulation?|journal=Science|volume=298|issue=5596|pages=1179–81|doi=10.1126/science.1079329|pmid=12424356|s2cid=129518576}}</ref>此外，溫度和鹽度梯度效應也會導致環流發生，並不一定包含在MOC之內。
[[File:Antarctic bottom water hg.png|thumb|300px|南極[[威德尔海]]一帶的洋流切面圖。]]


{{le|大西洋經向翻轉環流|Atlantic Meridional Overturning circulation}}（AMOC）是全球溫鹽環流中的一支。
深海中的洋流主要是倚仗密度的差額來驅動，並且[[潮汐]]現象引發的洋流運動亦會對深海洋流帶來顯著的影響。至於表面的洋流帶會因為密度的差異而與其他的水域劃清界線。暖流會膨脹致使密度下降，[[鹽度|高濃度的鹽]]則會填補[[水分子]]間的空隙導至密度上升，低密度的水會浮在高密度的上方。當高密度的水先形成，[[分層]]形態並不穩定的，為了均衡其密度分佈，不同密度的水會相互產生對流，提供了深海洋流的[[動能]]。温盐环流的消失是[[二叠纪－三叠纪灭绝事件#海洋缺氧|二叠纪－三叠纪灭绝事件的一环]]。


==概述==
=== 深層水的形成 ===
[[File:thermohaline_circulation.svg|lang=am|thumb|link={{filepath:thermohaline_circulation.svg}}|全球溫鹽環流循環動畫，AMOC是其中一支。 [{{filepath:thermohaline_circulation.svg}} (animation)] ]]
高密度的水幾乎都集中在北大西洋及南冰洋下沉至海底深處的洋盆，在這些極地的洋域，表面洋帶的水都會因為寒風吹襲而冷卻，這些風不單帶動表面洋帶移動，所引起的乾濕溫差還會構成大規模的海水[[蒸發]]，海水因吸收了周圍的能量而成為水的[[汽化熱|蒸散熱]]，加速水溫下降，這個現象類似人體在濕熱的環境下排[[尿]]降溫的原理，人稱「蒸散冷卻」作用。由於被蒸發走的是純水的分子，海水中的鹽度會相對地上升。另海洋上[[冰]]的構成亦對海鹽的濃度帶來不可忽視的影響，由於純水的[[熔点|凝固点]]是攝氏0度，比鹽水的零下1.8度要高，因此純水往往會比鹹水優先結冰，增加了的鹽度減弱了海水凝固的速度，如此寒冷的濃鹽水會被包含在海冰的蜂巢狀之結構中，當中的濃鹽水逐漸地反過來熔解覆蓋著它的冰層，最後將一部分冰塊從母冰塊分裂出並下沈，這個過程叫做海水排斥。水溫和鹽度這兩大因素加起來導致海水的密度增大。
所以若全球平均溫度升高，溫鹽環流會減弱。


由風驅動表層海水，所產生的流動很容易察覺。例如風很輕易可在池塘表面產生波紋。此導致早期海洋學家認為由於深海中無風，所以是完全靜止狀態。然而經過現代儀器測量，顯示深水團的流速會很大（仍遠小於表層海水速度）。一般來說，海水流速的範圍從每秒幾分之一公分（也稱厘米，在海洋深處發生）到有時如墨西哥灣暖流和[[黑潮]]等表層洋流的速度會超過每秒一公尺（米）。
=== 深層水的動態 ===
[[挪威海]]是這個系統主要進行蒸發冷卻及洋帶下沈的場地，在此處下沈的水被稱為「北大西洋深層水」（North Atlantic Deep Water，英文縮寫：NADW）。NADW充滿著洋盆並沿著連接[[格林蘭島]]、[[冰島]]及[[大不列顛]]海底岩床的[[分離板塊邊緣|裂隙]]，也就是[[大西洋洋中脊]]溢流向南方。接著極緩慢地流入大西洋[[深海平原]]，繼續向南方推進。繞過南非後寒流帶會一分為二，一部分的水會將[[寒流]]帶往[[印度洋]]並在該處[[上升流|湧升]]，另外一部分部分經歷最長的一個週期的洋流最終會抵達北[[太平洋]]，受到淺而狹窄的[[白令海峡]]阻塞然後因為受熱上湧變回暖流繼而循環。


海水在深海中流動的主要驅動力是來自鹽度和溫度變化引起的密度差異（增加鹽度和降低流體溫度都會升高密度）。人們常對由風和密度驅動的環流組成部分混淆。<ref>{{cite journal|last=Wyrtki|first=K|title=The thermohaline circulation in relation to the general circulation in the oceans|journal=Deep-Sea Research|volume=8|issue=1|pages=39–64|year=1961|doi=10.1016/0146-6313(61)90014-4|bibcode=1961DSR.....8...39W}}</ref><ref>Schmidt, G., 2005, [http://www.realclimate.org/index.php?p=159 Gulf Stream slowdown?] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060220174826/http://www.realclimate.org/index.php?p=159 |date= 2006-02-20 }}, [[RealClimate]]</ref>潮汐引起的洋流在許多地方也很重要，潮汐產生的洋流在相對較淺的沿海地區最為顯著，但在深海中也重要。目前認為這種洋流可促進海水的混合過程，尤其是垂直混合（diapycnal mixing，由[[上升流]]或是[[下沉流]]造成，可因而穿越分層海水的等密度線（isopycnal layer），讓海水中[[營養]]產生交換與海水混合（參見{{le|等密度水層|Isopycnal#Mixing}}）。<ref>{{Cite book|title=Ocean Dynamics|url=https://archive.org/details/oceandynamics00olbe|url-access=limited|last=Eden|first=Carsten|publisher=Springer|year=2012|isbn=978-3-642-23449-1|pages=[https://archive.org/details/oceandynamics00olbe/page/n193 177]}}</ref>
「[[南極底層水]]」（Antarctic Bottom Water，英文縮寫：AABW）在[[威德尔海]]以冰塊的海水排斥作用下沈並流向北方的大西洋洋盆，由於其密度比NADW更高所以AABW實際上潛流在NADW之下。它原本向西太平洋的旅程在[[德雷克海峡]]受阻繼而沿著南美洲東岸的[[圭亞那洋盆]]向大西洋赤道進發。


全球各地海水的密度並非一致，有顯著且離散的變化。在表層形成的[[水團]]之間存在明確的邊界，並隨後在海洋中保持自己的特性。但這些明顯的邊界並非空間的觀念，而是在{{le|溫度-鹽度圖|temperature-salinity diagram}}（T-S diagram}}中顯示。這些水團根據密度而處於彼此的上方或下方，而密度由溫度和鹽度決定。
== 参考文献 ==
{{Reflist}}
{{refbegin}}
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* Knauss, J. A., 1996, ''Introduction to Physical Oceanography'', Prentice Hall (ISBN 0-13-238155-9)
* Primeau, F., 2005, Characterizing transport between the surface mixed layer and the ocean interior with a forward and adjoint global ocean transport model, ''Journal of Physical Oceanography'','''35''', 545-564.
* Rahmstorf, S., 2006, [https://web.archive.org/web/20070703231901/http://www.pik-potsdam.de/~stefan/Publications/Book_chapters/Rahmstorf_EQS_2006.pdf Thermohaline Ocean Circulation.] In: ''Encyclopedia of Quaternary Sciences'', Edited by S. A. Elias. Elsevier, Amsterdam.
* Rahmstorf, S., 2003, [http://www.pik-potsdam.de/~stefan/Publications/Nature/nature_concept_03.pdf The concept of the thermohaline circulation] {{Wayback|url=http://www.pik-potsdam.de/~stefan/Publications/Nature/nature_concept_03.pdf |date=20200214014326 }}. ''Nature'', '''421''', 699.
* United Nations Environment Programme / GRID-Arendal, 2006, [http://www.grida.no/climate/vital/32.htm] {{Wayback|url=http://www.grida.no/climate/vital/32.htm |date=20170128190429 }}. ''Potential Impact of Climate Change''
{{refend}}


溫暖的海水會膨脹，其密度低於較冷的海水。鹹水比淡水密度更大（因為溶解的鹽填充水分子之間的間隙，導致相同單位體積的質量更大）。較輕的水團漂浮在較稠密的水團之上（就像一塊木頭或冰會漂浮在水面上，參見[[浮力]]）。當密度較大的水團位於密度較小的水團之上（參見水團形成所需的[[對流]]或深層對流），會導致水團根據自身密度尋求將自己定位在正確的垂直位置，這種運動稱為對流（透過[[重力]]作用而分層）。密度梯度成為造成如深海西邊界流（deep western boundary current，DWBC）等深海洋流背後的主要驅動力。
{{-}}
{{World Current}}


溫鹽環流主要是由北大西洋和南冰洋的水溫和鹽度差異造成的深水團的形成所驅動。此模擬結果由兩位美國[[物理海洋學]]家[[亨利·梅爾遜·斯托梅爾]]和阿諾德·B·亞倫斯（Arnold B. Arons）於1960年提出，被稱為斯托梅爾-亞倫斯MOC方格模型（Stommel-Arons box model for the MOC ）。<ref>Stommel, H., & Arons, A. B. (1960). On the abyssal circulation of the world ocean. – I. Stationary planetary flow patterns on a sphere. Deep Sea Research (1953), 6, 140-154.</ref>
[[category:物理海洋學]]

[[category:地質進程]]
===深海水團形成===
沉入深海盆地的稠密水團是在北大西洋和南大洋的特定區域中形成。在北大西洋，海洋表層的海水被風和低環境空氣溫度迅速冷卻。風在水面上移動時也會產生大量蒸發，導致溫度下降，稱為與潛熱相關的蒸發冷卻。蒸發將水分子移除，所留下海水的鹽度增加，因此水團的密度會隨著溫度的降低而增加。在[[挪威海]]，蒸發冷卻占主導地位，下沉的水團，即北大西洋深層海水（NADW），將海盆充滿，並通過連接[[格陵蘭]]、[[冰島]]和[[英國]][[岩床]]（稱為格陵蘭-蘇格蘭海脊（Greenland-Scotland-Ridge））的裂縫向南溢出。然後以非常緩慢的速度流入大西洋[[深海平原]]，始終維持往南方向。然而從[[北冰洋]]盆地流入太平洋的洋流卻被狹窄且淺的[[白令海峽]]所阻擋。
[[File:Sea water freezing temperature and density maximum.png|thumb|293x293px|海水中溫度與鹽度對於其最大稠密度與結冰溫度的影響。]]

在南冰洋，從南極大陸吹往[[冰架]]的強烈[[下降風]]會將新形成的海冰吹走，沿著海岸形成{{le|冰間湖|polynyas }}。於此的海洋不再受到海冰的保護，受到嚴酷又強烈的降溫。海冰因而開始重新形成，表層海水也會因此變得更鹹及更為稠密。事實上是因海冰形成而導致表層海水鹽度增加（當周圍的海冰形成時，純淨水優先受到凍結，會留下更鹹的海水）。鹽度增加後會降低海水的冰點，蜂窩式冰體內會包含液態鹽水，鹽水逐漸融化其下方的冰，最終由冰基質中滴出後下沉。這個過程稱為{{le|鹽水排斥|brine rejection}}。

由此形成的[[南極底層水]] (AABW) 下沉，並往北和往東流動，但其密度非常高，實際上是在北大西洋深層海水（NADW）下方流動。在[[威德爾海]]形成的南極底層水主要是前往填充大西洋和[[印度洋]]海盆，而在[[羅斯海]]形成的南極底層水將流向太平洋。

這些過程形成的稠密水團在海底往下流動，如同在密度較小的液體中有一股流體在移動一樣，將極地海洋盆地填滿。海洋底部的地形會對深層水體和底層水體的移動產生限制。

海水在4°C時密度並非最大（與淡水不同），隨著一路冷卻到約-1.8°C的冰點，而密度會變更大。然而此冰點是鹽度和壓力的函數，-1.8°C並不是海水的一般冰點溫度（見右邊附圖）。

===深海水團移動===
[[File:Thermohaline conveyor belt (NASA).webm|thumb|upright=1.5|動畫：表層洋流往北進行，變稠密後在冰島與格陵蘭下沉，之後與全球溫鹽環流結合，進入印度洋與[[南極繞極流]]。<ref>[https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003600/a003658/ The Thermohaline Circulation - The Great Ocean Conveyor Belt] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20221219023025/https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003600/a003658/ |date= 2022-12-19 }} ''NASA Scientific Visualization Studio'', visualizations by Greg Shirah, 2009-10-08. {{PD-notice}}</ref>]]

於北大西洋深海水團的形成和移動，這種下沉的水團會充滿海洋盆地並以非常緩慢的速度流入大西洋深海平原。這種高緯度的冷卻作用和低緯度的加熱作用驅動深層海水朝南極方向移動。深水流經[[南非]]附近的南冰洋海盆，在那裡分成兩條路線：一條進入印度洋，另一條經過[[澳大利亞]]進入太平洋。

在印度洋中，來自大西洋的一些既冷又鹹的海水（受來自熱帶太平洋的更溫暖、鹽分更低的上層海水吸引而來），導致稠密的下沈水與上方較輕的海水發生垂直交換。這就是AMOC中提起的"翻轉"作用。在太平洋中，由大西洋而來的剩餘寒冷和鹽分高的海水經歷鹽度強迫，會更快變得更溫暖和鹽分更低。

於海底流出的既冷又鹹的海水讓大西洋的[[海平面]]略低於太平洋，而大西洋海水的鹽度會高於太平洋的。這會產生大量但緩慢的溫暖和鹽分較低的上層海水洋流，從熱帶太平洋通過[[印度尼西亞島嶼列表|印尼群島]]流向印度洋，以補充流出的既冷又鹹的南極底層水。這作用也稱為"鹽度強迫"（高緯度淡水量淨增加，和低緯度海水蒸發）。這些來自太平洋的溫暖、鹽度較低海水流經南大西洋到達格陵蘭，在那裡冷卻並經歷蒸發冷卻，然後沉入海底，維繫住溫鹽環流的循環作用。<ref>United Nations Environment Programme / GRID-Arendal, 2006, [http://www.grida.no/climate/vital/32.htm] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170128190429/http://www.grida.no/climate/vital/32.htm|date= 2017-01-28}}. ''Potential Impact of Climate Change''</ref>

因此，對於溫鹽環流最近流行的一個名稱是經向翻轉環流，強調這種海洋環流的垂直混合性質和兩極之間移動的特徵。

===定量估計===
從2004年開始，透過英國-美國合作研究快速氣候變化對南北翻轉環流和熱流影響的項目 - {{le|快速氣候變化-南北翻轉環流和熱流陣列|Rapid Climate Change-Meridional Overturning Circulation and Heatflux Array}}（RAPID）（繫泊位於大西洋北緯26°的[[in situ|原位]]監測陣列）對北大西洋的溫鹽環流強度進行直接估計。<ref>{{Cite web|url=http://www.rapid.ac.uk/rapidmoc/overview.php|title=RAPID: monitoring the Atlantic Meridional Overturning Circulation at 26.5N since 2004|website=www.rapid.ac.uk}}</ref>透過使用海流計對海水流量直接估計與使用海底電纜，依據溫度和鹽度以推估[[地轉流]]數量，兩者結合，RAPID項目能提供對溫鹽環流的連續、全深度、整個海盆的估計，或更準確地說，是對經向翻轉環流的估計。

在經向翻轉環流（MOC）的深水團具有化學、溫度和[[同位素]比率特徵，可追蹤、計算其流速並確定其年齡。其中包括[[鏷]]同位素中最穩定的<sup>231</sup>Pa與[[釷-230]]（<sup></sup>Th） 比率。

==灣流==
{{main|墨西哥灣暖流}}
[[File:Franklingulfstream.jpg|thumb|[[美國]][[國父]]與[[美國開國元勳|開國元勳]]之一 - [[班傑明·富蘭克林]]所繪製的墨西哥灣暖流圖。]]

墨西哥灣暖流（又稱灣流）及其向北延伸至歐洲的[[北大西洋暖流]]是一股強大、溫暖且湍急的大西洋洋流，起源於美國[[佛羅里達州]]的頂端，沿著美國和[[加拿大]][[紐芬蘭與拉布拉多省]]東海岸流動，由於此暖流在北美東海岸附近受到[[邊界流]]強化，而成為一股向北加速的洋流。<ref>National Environmental Satellite, Data, and Information Service (2009). [http://www.science-house.org/nesdis/gulf/background.html Investigating the Gulf Stream] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100503013457/http://www.science-house.org/nesdis/gulf/background.html|date=2010-05-03}}. [[North Carolina State University]] Retrieved 6 May 2009</ref>暖流在跨越大西洋途中，於北緯40°0′西經30°0′左右一分為二，北流奔向[[北歐]]，南流沿[[西非]]海岸往南流。

墨西哥灣暖流影響到從佛羅里達州到加拿大的北美洲東海岸，以及歐洲西海岸的氣候。雖然最近發生爭論，但人們一致認為如果不是因為北大西洋暖流（墨西哥灣流尾部的分支之一）的緣故，[[西歐]]和北歐的氣候不會有現今般的溫暖。<ref>{{Cite book|last=Hennessy|title=Report of the Annual Meeting: On the Influence of the Gulf-stream on the Climate of Ireland|year=1858|publisher=Richard Taylor and William Francis|access-date=2009-01-06|url=https://books.google.com/books?id=Les4AAAAMAAJ&q=ireland+is+warmed+by+the+Gulf+Stream&pg=RA1-PA132}}</ref><ref>{{cite web|title=Satellites Record Weakening North Atlantic Current Impact|publisher=NASA|access-date=2008-09-10|url=http://oceanmotion.org/html/impact/climate-variability.htm}}</ref>墨西哥灣暖流是[[北大西洋環流]]中的一支。由於有此暖流，而導致當地大氣和海洋內發展出各種強烈[[氣旋]]。墨西哥灣暖流也是潛在重要的[[再生能源]]發電來源。<ref>The Institute for Environmental Research & Education. [http://www.iere.org/documents/tidal.pdf Tidal.pdf] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20101011040501/http://www.iere.org/documents/tidal.pdf|date= 2010-10-11}} Retrieved on 2010-07-28.</ref><ref>Jeremy Elton Jacquot. [http://www.treehugger.com/files/2007/12/gulf_streams_wave_energy.php Gulf Stream's Tidal Energy Could Provide Up to a Third of Florida's Power] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110914021927/http://www.treehugger.com/files/2007/12/gulf_streams_wave_energy.php |date= 2011-09-14}} Retrieved 2008-09-21</ref>

==上升流==
{{main|上升流}}

由於沉入海洋盆地的稠密水團取代年代較久遠的深層水團，舊水團歷經海洋混合而密度降低，因而上升。但由於這種溫鹽上升流分佈廣泛且分散，即使與底層水團的移動相比，其速度更慢。因此當考慮到表層海洋中正發生的其他風驅動過程，很難使用其當前速度來測量上升流發生的位置。深層海水有自己的化學特徵，是由沉入其中的顆粒物，經歷長途下沉過程中分解而成。有幾位科學家試圖利用這種示蹤劑來推斷上升流發生的位置。

華萊士·S·布拉克使用其模型運算，斷言大部分深層上升流發生在北太平洋，並以這些水域中發現的高[[矽]]含量作為證據。其他調查人員尚未找到如此明確的證據。海洋環流的電腦模擬有越來越多將大部分深層上升流置於南冰洋，<ref>{{cite journal|last=Marshall|first=John|author2=Speer, Kevin|title=Closure of the meridional overturning circulation through Southern Ocean upwelling|journal=Nature Geoscience|date=2012-02-26|volume=5|issue=3|pages=171–80|doi=10.1038/ngeo1391|bibcode=2012NatGe...5..171M|url=https://zenodo.org/record/889555}}</ref>這與[[南美洲]]和南極洲之間開放海域的強風有關。雖然這結果與於[[伍茲霍爾海洋研究所]]服務的威廉·J·施密茨（William J. Schmitz）全球觀測綜合結果一致，且擴散觀測值較低，但並非所有觀測綜合結果都一致。於[[斯克里普斯海洋研究所]]服務的{{le|林恩·塔利|Lynne Talley}}以及[[澳大利亞]]研究人員伯納黛特·斯洛揚（Bernadette Sloyan）和史蒂芬·林圖爾（Stephen Rintoul）後來於2021年發表的論文，表示在南冰洋以北的某處，一定有大量稠密的深層水轉化為較輕的海水。<ref>{{cite journal |last1=Sloyan |first1=Bernadette M. |last2= Rintoul |first2=Stephen R. |date=2021-04-01 |title= Circulation, Renewal, and Modification of Antarctic Mode and Intermediate Water
|url= https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/31/4/1520-0485_2001_031_1005_cramoa_2.0.co_2.xml|journal=Journal of Physical Oceanography |volume=31|issue= |pages=4-1005-1030 |doi= https://doi.org/10.1175/1520-0485(2001)031<1005:CRAMOA>2.0.CO;2|access-date=2023-11-26}}</ref>

==對全球氣候的影響==
溫鹽環流在向[[極地]]區域供熱方面發揮重要作用，而能調節這些地區的海冰數量，但熱帶地區大氣向極地傳輸的熱量比經由海洋傳輸的數量為大。<ref>{{cite journal|last1=Trenberth|first1=K|last2=Caron|first2=J|year=2001|title=Estimates of Meridional Atmosphere and Ocean Heat Transports|journal=Journal of Climate|volume=14|issue=16|pages=3433–43|doi=10.1175/1520-0442(2001)014<3433:EOMAAO>2.0.CO;2|bibcode=2001JCli...14.3433T|url=https://zenodo.org/record/1234671|doi-access=free}}</ref>溫鹽環流發生變化被認為會對[[地球能量收支]]產生重大影響。

科學界認為來自{{le|阿加西湖|Lake Agassiz}}低密度融水大量湧入和北美洲的冰河退縮，導致北大西洋北端深層海水形成和沈降發生變化，是導致稱為[[新仙女木期]]（距今12,800年至115,00年的一段持續1,300年左右的[[冰期]]）的全球氣溫驟降，北極冰河南侵的結果。<ref name="Broecker">{{cite journal|last=Broecker|first=WS|title=Was the Younger Dryas Triggered by a Flood?|journal=Science|volume=312|issue=5777|pages=1146–8|doi=10.1126/science.1123253|pmid=16728622|year=2006|s2cid=39544213}}</ref>

===溫鹽循環停止===
{{Excerpt|大西洋經向翻轉環流#溫鹽循環減慢或可能停止}}

==參見==
{{Portal|Oceans}}
* [[大西洋多年代際振盪]]，簡稱AMO
* {{le|氣候變化|Climate change}}
* [[平流岩]]
* [[下沉流]]
* {{le|鹵水循環|Halothermal circulation}}
* {{le|熱液循環|Hydrothermal circulation}}
* [[上升流]]

==參考文獻==
{{Reflist|2}}

==其他資料來源==
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==外部連結==
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* THOR FP7 projects [http://arquivo.pt/wayback/20141126093524/http%3A//www.eu%2Dthor.eu/ http://arquivo.pt/wayback/20141126093524/http%3A//www.eu%2Dthor.eu/] investigates on the topic "Thermohaline overturning- at risk?" and the predictability of changes of the THC. THOR is financed by the 7th Framework Programme of the European Commission.

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2023年12月30日 (六) 10:38的版本

全球溫鹽環流路徑概要 - 藍色代表深層洋流路徑，紅色代表表層洋流路徑。
全球溫鹽環流動畫。

溫鹽環流（英語：Thermohaline circulation，簡稱THC）是一種大型的洋流，由海洋表面溫度和淡水通量（例如冰蓋融水）產生的海水密度梯度（英语：density gradient）所驅動。[1][2]英文形容詞"thermohaline"源自古希臘語中"thermo"（指溫度）和"haline"（指鹽度），此兩因素共同決定海水的密度。由風驅動的海洋表面洋流（例如墨西哥灣暖流）從赤道大西洋向北極地區流動，途中受到冷卻，最終在高緯度地區下沉（形成北大西洋深層海水（英语：North Atlantic Deep Water））。這些稠密的海水然後進入海盆。雖然其大部分在南冰洋上升，但最古老的海水（流動花費時間約為1,000年）[3]在北太平洋上升。[4]由此緣故，海洋盆地海水之間發生廣泛的混合，將其間的差異降低，並在全球海洋中形成一個系統。這些迴路中的海水會輸送能量（熱量）和質量（溶解的固體和氣體）。因而環流的情況對地球的氣候有很大的影響。

溫鹽環流有時被稱為海洋傳送帶（ocean conveyor belt）、大洋傳送帶（great ocean conveyor）或全球傳送帶（global conveyor belt），這些名詞均由美國氣候科學家 華萊士·S·布拉克（英语：Wallace Smith Broecker）所創。[5][6][7]有時它也用來指經向翻轉環流（通常縮寫為MOC，參見緯向與經向環流（英语：Zonal and meridional flow））。MOC一詞可能會較溫鹽環流準確，且具明確定義，溫鹽環流僅為由溫度和鹽度驅動的環流，而風力和潮汐力等其他因素也會驅動環流發生。[8]此外，溫度和鹽度梯度效應也會導致環流發生，並不一定包含在MOC之內。

大西洋經向翻轉環流（AMOC）是全球溫鹽環流中的一支。

概述

全球溫鹽環流循環動畫，AMOC是其中一支。 (animation)

由風驅動表層海水，所產生的流動很容易察覺。例如風很輕易可在池塘表面產生波紋。此導致早期海洋學家認為由於深海中無風，所以是完全靜止狀態。然而經過現代儀器測量，顯示深水團的流速會很大（仍遠小於表層海水速度）。一般來說，海水流速的範圍從每秒幾分之一公分（也稱厘米，在海洋深處發生）到有時如墨西哥灣暖流和黑潮等表層洋流的速度會超過每秒一公尺（米）。

海水在深海中流動的主要驅動力是來自鹽度和溫度變化引起的密度差異（增加鹽度和降低流體溫度都會升高密度）。人們常對由風和密度驅動的環流組成部分混淆。[9][10]潮汐引起的洋流在許多地方也很重要，潮汐產生的洋流在相對較淺的沿海地區最為顯著，但在深海中也重要。目前認為這種洋流可促進海水的混合過程，尤其是垂直混合（diapycnal mixing，由上升流或是下沉流造成，可因而穿越分層海水的等密度線（isopycnal layer），讓海水中營養產生交換與海水混合（參見等密度水層（英语：Isopycnal#Mixing））。[11]

全球各地海水的密度並非一致，有顯著且離散的變化。在表層形成的水團之間存在明確的邊界，並隨後在海洋中保持自己的特性。但這些明顯的邊界並非空間的觀念，而是在溫度-鹽度圖（英语：temperature-salinity diagram）（T-S diagram}}中顯示。這些水團根據密度而處於彼此的上方或下方，而密度由溫度和鹽度決定。

溫暖的海水會膨脹，其密度低於較冷的海水。鹹水比淡水密度更大（因為溶解的鹽填充水分子之間的間隙，導致相同單位體積的質量更大）。較輕的水團漂浮在較稠密的水團之上（就像一塊木頭或冰會漂浮在水面上，參見浮力）。當密度較大的水團位於密度較小的水團之上（參見水團形成所需的對流或深層對流），會導致水團根據自身密度尋求將自己定位在正確的垂直位置，這種運動稱為對流（透過重力作用而分層）。密度梯度成為造成如深海西邊界流（deep western boundary current，DWBC）等深海洋流背後的主要驅動力。

溫鹽環流主要是由北大西洋和南冰洋的水溫和鹽度差異造成的深水團的形成所驅動。此模擬結果由兩位美國物理海洋學家亨利·梅爾遜·斯托梅爾和阿諾德·B·亞倫斯（Arnold B. Arons）於1960年提出，被稱為斯托梅爾-亞倫斯MOC方格模型（Stommel-Arons box model for the MOC ）。[12]

深海水團形成

沉入深海盆地的稠密水團是在北大西洋和南大洋的特定區域中形成。在北大西洋，海洋表層的海水被風和低環境空氣溫度迅速冷卻。風在水面上移動時也會產生大量蒸發，導致溫度下降，稱為與潛熱相關的蒸發冷卻。蒸發將水分子移除，所留下海水的鹽度增加，因此水團的密度會隨著溫度的降低而增加。在挪威海，蒸發冷卻占主導地位，下沉的水團，即北大西洋深層海水（NADW），將海盆充滿，並通過連接格陵蘭、冰島和英國岩床（稱為格陵蘭-蘇格蘭海脊（Greenland-Scotland-Ridge））的裂縫向南溢出。然後以非常緩慢的速度流入大西洋深海平原，始終維持往南方向。然而從北冰洋盆地流入太平洋的洋流卻被狹窄且淺的白令海峽所阻擋。

海水中溫度與鹽度對於其最大稠密度與結冰溫度的影響。

在南冰洋，從南極大陸吹往冰架的強烈下降風會將新形成的海冰吹走，沿著海岸形成冰間湖（英语：polynyas）。於此的海洋不再受到海冰的保護，受到嚴酷又強烈的降溫。海冰因而開始重新形成，表層海水也會因此變得更鹹及更為稠密。事實上是因海冰形成而導致表層海水鹽度增加（當周圍的海冰形成時，純淨水優先受到凍結，會留下更鹹的海水）。鹽度增加後會降低海水的冰點，蜂窩式冰體內會包含液態鹽水，鹽水逐漸融化其下方的冰，最終由冰基質中滴出後下沉。這個過程稱為鹽水排斥（英语：brine rejection）。

由此形成的南極底層水 (AABW) 下沉，並往北和往東流動，但其密度非常高，實際上是在北大西洋深層海水（NADW）下方流動。在威德爾海形成的南極底層水主要是前往填充大西洋和印度洋海盆，而在羅斯海形成的南極底層水將流向太平洋。

這些過程形成的稠密水團在海底往下流動，如同在密度較小的液體中有一股流體在移動一樣，將極地海洋盆地填滿。海洋底部的地形會對深層水體和底層水體的移動產生限制。

海水在4°C時密度並非最大（與淡水不同），隨著一路冷卻到約-1.8°C的冰點，而密度會變更大。然而此冰點是鹽度和壓力的函數，-1.8°C並不是海水的一般冰點溫度（見右邊附圖）。

深海水團移動

動畫：表層洋流往北進行，變稠密後在冰島與格陵蘭下沉，之後與全球溫鹽環流結合，進入印度洋與南極繞極流。[13]

於北大西洋深海水團的形成和移動，這種下沉的水團會充滿海洋盆地並以非常緩慢的速度流入大西洋深海平原。這種高緯度的冷卻作用和低緯度的加熱作用驅動深層海水朝南極方向移動。深水流經南非附近的南冰洋海盆，在那裡分成兩條路線：一條進入印度洋，另一條經過澳大利亞進入太平洋。

在印度洋中，來自大西洋的一些既冷又鹹的海水（受來自熱帶太平洋的更溫暖、鹽分更低的上層海水吸引而來），導致稠密的下沈水與上方較輕的海水發生垂直交換。這就是AMOC中提起的"翻轉"作用。在太平洋中，由大西洋而來的剩餘寒冷和鹽分高的海水經歷鹽度強迫，會更快變得更溫暖和鹽分更低。

於海底流出的既冷又鹹的海水讓大西洋的海平面略低於太平洋，而大西洋海水的鹽度會高於太平洋的。這會產生大量但緩慢的溫暖和鹽分較低的上層海水洋流，從熱帶太平洋通過印尼群島流向印度洋，以補充流出的既冷又鹹的南極底層水。這作用也稱為"鹽度強迫"（高緯度淡水量淨增加，和低緯度海水蒸發）。這些來自太平洋的溫暖、鹽度較低海水流經南大西洋到達格陵蘭，在那裡冷卻並經歷蒸發冷卻，然後沉入海底，維繫住溫鹽環流的循環作用。[14]

因此，對於溫鹽環流最近流行的一個名稱是經向翻轉環流，強調這種海洋環流的垂直混合性質和兩極之間移動的特徵。

定量估計

從2004年開始，透過英國-美國合作研究快速氣候變化對南北翻轉環流和熱流影響的項目 - 快速氣候變化-南北翻轉環流和熱流陣列（英语：Rapid Climate Change-Meridional Overturning Circulation and Heatflux Array）（RAPID）（繫泊位於大西洋北緯26°的原位監測陣列）對北大西洋的溫鹽環流強度進行直接估計。[15]透過使用海流計對海水流量直接估計與使用海底電纜，依據溫度和鹽度以推估地轉流數量，兩者結合，RAPID項目能提供對溫鹽環流的連續、全深度、整個海盆的估計，或更準確地說，是對經向翻轉環流的估計。

在經向翻轉環流（MOC）的深水團具有化學、溫度和[[同位素]比率特徵，可追蹤、計算其流速並確定其年齡。其中包括鏷同位素中最穩定的231Pa與釷-230（Th） 比率。

灣流

主条目：墨西哥灣暖流
美國國父與開國元勳之一 - 班傑明·富蘭克林所繪製的墨西哥灣暖流圖。

墨西哥灣暖流（又稱灣流）及其向北延伸至歐洲的北大西洋暖流是一股強大、溫暖且湍急的大西洋洋流，起源於美國佛羅里達州的頂端，沿著美國和加拿大紐芬蘭與拉布拉多省東海岸流動，由於此暖流在北美東海岸附近受到邊界流強化，而成為一股向北加速的洋流。[16]暖流在跨越大西洋途中，於北緯40°0′西經30°0′左右一分為二，北流奔向北歐，南流沿西非海岸往南流。

墨西哥灣暖流影響到從佛羅里達州到加拿大的北美洲東海岸，以及歐洲西海岸的氣候。雖然最近發生爭論，但人們一致認為如果不是因為北大西洋暖流（墨西哥灣流尾部的分支之一）的緣故，西歐和北歐的氣候不會有現今般的溫暖。[17][18]墨西哥灣暖流是北大西洋環流中的一支。由於有此暖流，而導致當地大氣和海洋內發展出各種強烈氣旋。墨西哥灣暖流也是潛在重要的再生能源發電來源。[19][20]

上升流

主条目：上升流

由於沉入海洋盆地的稠密水團取代年代較久遠的深層水團，舊水團歷經海洋混合而密度降低，因而上升。但由於這種溫鹽上升流分佈廣泛且分散，即使與底層水團的移動相比，其速度更慢。因此當考慮到表層海洋中正發生的其他風驅動過程，很難使用其當前速度來測量上升流發生的位置。深層海水有自己的化學特徵，是由沉入其中的顆粒物，經歷長途下沉過程中分解而成。有幾位科學家試圖利用這種示蹤劑來推斷上升流發生的位置。

華萊士·S·布拉克使用其模型運算，斷言大部分深層上升流發生在北太平洋，並以這些水域中發現的高矽含量作為證據。其他調查人員尚未找到如此明確的證據。海洋環流的電腦模擬有越來越多將大部分深層上升流置於南冰洋，[21]這與南美洲和南極洲之間開放海域的強風有關。雖然這結果與於伍茲霍爾海洋研究所服務的威廉·J·施密茨（William J. Schmitz）全球觀測綜合結果一致，且擴散觀測值較低，但並非所有觀測綜合結果都一致。於斯克里普斯海洋研究所服務的林恩·塔利（英语：Lynne Talley）以及澳大利亞研究人員伯納黛特·斯洛揚（Bernadette Sloyan）和史蒂芬·林圖爾（Stephen Rintoul）後來於2021年發表的論文，表示在南冰洋以北的某處，一定有大量稠密的深層水轉化為較輕的海水。[22]

對全球氣候的影響

溫鹽環流在向極地區域供熱方面發揮重要作用，而能調節這些地區的海冰數量，但熱帶地區大氣向極地傳輸的熱量比經由海洋傳輸的數量為大。[23]溫鹽環流發生變化被認為會對地球能量收支產生重大影響。

科學界認為來自阿加西湖（英语：Lake Agassiz）低密度融水大量湧入和北美洲的冰河退縮，導致北大西洋北端深層海水形成和沈降發生變化，是導致稱為新仙女木期（距今12,800年至115,00年的一段持續1,300年左右的冰期）的全球氣溫驟降，北極冰河南侵的結果。[24]

溫鹽循環停止

这个部分摘自：大西洋經向翻轉環流 § 溫鹽循環減慢或可能停止[编辑]

溫鹽環流的減緩或停止是種氣候變化對主要海洋環流產生的假設性影響。墨西哥灣暖流是這類環流之一，也是北歐通常較為溫暖的部分原因 - 例如英國愛丁堡與俄羅斯莫斯科緯度相同，但愛丁堡的年平均溫度高於莫斯科的。溫鹽環流影響世界各地的氣候。 當AMOC減緩和可能停止的影響可能包括農業產出損失、生態系統變化以及觸發其他氣候臨界點出現。[25]AMOC減弱產生的其他可能影響包括中緯度地區降水量減少、熱帶地區和歐洲強降水模式改變以及北大西洋路徑上的風暴加強。最後，減弱還會發生北美洲東部海岸海平面的大幅上升。[26]

參見

參考文獻

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其他資料來源

外部連結

Template:Atmospheric, Oceanographic and Climate Models

北太平洋環流
中低纬环流：北赤道暖流 · 黑潮 · 北太平洋洋流 · 加利福尼亞洋流 中高纬环流：親潮 · 阿拉斯加暖流 · 北太平洋暖流
Major oceanic gyres
南太平洋環流
北大西洋環流
南大西洋環流
印度洋環流
北印度洋环流
南印度洋环流
北冰洋
南冰洋環流
其他環流
貝弗德環流（英语：Beaufort Gyre） · 羅斯環流（英语：Ross Gyre） · 威德爾環流（英语：Weddell Gyre） · 溫鹽環流
參見
海浪
Upwelling





Antarctic bottom water
洋流
潮汐
地形
板块构造
洋区
海平面
声学海洋学（英语：Acoustical oceanography）
人造地球卫星
相关
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各地
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