温跃层 :生物以及海水环流的分界面

更新时间:2023-08-07 16:23

温跃层(Thermocline),又称温度跃层,是海水的温度在其垂直方向上发生显著差异的水层。是位于海面以下100—200米左右的、温度和密度有巨大变化的薄薄一层,是上层的薄暖水层与下层的厚冷水层间出现水温急剧下降的层。   是海洋学上水理化性质方面重要而突出的现象之一。

低纬度海区200~1000米深处存在温度梯度最大的永久性温跃层。其深度随纬度而变动,赤道附近温跃层上升,在副热带海区则因表层海水辐聚下沉而下降,在中纬度海区上升到大洋表面,形成冷暖水相汇的极锋。

由于在开阔海域,盐度几乎是稳定的,而压力对密度只有很轻微的影响,因此温度就成为影响海水密度的一个最重要的因素。大洋表面的海水温度较高,因此它的密度就比深处的冷水要小。温度和密度在温跃层发生迅速变化,使得温跃层成为生物以及海水环流的一个重要分界面。

形成

温跃层的形成是因为水体不同深度的密度不同,而水体自身上下的对流不足以均匀混合这个密度差异使之稳定存在,从而形成了密度的分层现象。

季节性温跃层形成的原因很复杂,主要是由于日晒引起表面增温和海水的涡动传导以及对流等作用所形成的。

海洋表面附近的温度构造取决于:其上方大气中的气象变化;波浪等引起的海水内的垂直运动;水平方向的海水运动等因素。

特征

描述温跃层的特征值有3项:深度、厚度和强度。深度,是跃层顶部水深;厚度,是跃层上界深度和下界深度之差;强度,是跃层上、下界深度对应的温度值与厚度的比值。温跃层的厚度和强度以近赤道热带海区最大,从低纬逐渐向高纬递减,至极区消失。

类型划分

大洋跃层垂直分布特征,将大洋跃层划分为6种类型。Ⅰ类:均匀型(温度、盐度自表层至底层始终未发生超过临界值的变化),即无跃层型;Ⅱ类:逆跃层型(温度、盐度随深度增加发生超过临界值增大的变化,梯度定为负值);Ⅲ类:浅跃层型(上界深度小于50m、厚度小于50m);Ⅳ类:混合跃层型(上界深度小于50m、厚度大于50m);Ⅴ类:深水跃层型(上界深度大于50m);Ⅵ类:多跃层型(水温、盐度随深度增加有两个层次或两个以上层次满足跃层条件)。

结构

温跃层的内部结构有相当明显的地域差异。在北赤道流与赤道逆流的边界附近,跃层在赤道海域内不仅最浅,且层内水温垂直梯度也最大。在赤道附近的赤道潜流中,可把跃层分为两部分:在赤道上,上部跃层为峰,下部跃层为谷,中间(潜流的中心)是水温较为均匀的水层。

跃层内的温度梯度,从赤道逆流往北(或从日本以南往东)有变小的趋势,但在黑潮流域内则再度增大。在赤道海域以外,一般在海面附近出现另一类温跃层,它直接反映着海面的热收支情况:夏季旺盛,冬季消失,故称为季节性温跃层。如在北海道东南方的亲潮海域,在冬季对流期,会形成0℃左右的深厚上混合层,但在春、夏季,海面所吸收的热量积蓄于表层,并使海面附近的水温显著上升。加之由融冰形成的低盐水使表层的垂直稳定度进一步增大,因而妨碍了热量向下层扩散,导致季节性跃层特别发达。

分布规律

温跃层分为季节性跃层和永久性跃层两类。温跃层在热带深海中终年存在的,称为永久性温跃层。但是在接近大陆的近海,温跃层的出现存在季节性。

主温跃层

主温跃层又称永久性温跃层,其水温梯度不随季节变化。赤道附近的主温跃层较强、较薄,深度大约在300m左右。在副热带海域上界深度变深,厚度加大,在北大西洋海域(30°N左右)其深度大约在800m附近,在南大洋(20°S左右)深度约为600m。

高纬度区域,强度增大,厚度减小。至亚极地可升达海面,大体呈“W”形态分布。冷、暖水区在亚极地海面交汇处,水温梯度很大,形成极锋。极锋向极一侧的冷水区一直扩展至海面,暖水区消失。

上均匀层

上均匀层又称为上混合层,以主温跃层为界,其上是水温较高的暖水区,其下是水温梯度很小的冷水区,暖水区的表面受动力(风、浪、流等)及热力(蒸发、降温、增密等)因素的作用,引起强烈瑞流混合,从而在上部形成一个温度梯度很小,几乎均匀的水层。

低纬度海区上均匀层深度一般不超过100m,赤道附近只有50~70m;冬季上均匀层加深,低纬度海区可达到150~200m,中纬度海区可延伸至大洋主温跃层。

季节性温跃层

在上均匀层下界,特别是夏季,由于表面增温,可形成很强的跃层,称为季节性跃层。冬季由于表层水温降低,对流进行,上均匀层向下扩展,导致季节性跃层消失。

季节性温跃层生消规律

3月,季节性跃层尚未形成,即仍然保持冬季水温的分布状态。随着表层的逐渐增温,季节性跃层出现,且随时间的推移,其深度逐渐变小,但强度逐渐加大,至8月达到全年最盛时期;从9月开始,季节性跃层强度又逐渐减弱,且随对流混合的发展,其深度也逐渐加大,至次年1月近消失,恢复到冬季状态

季节分布

夏季分布

太平洋海域

夏季是北半球洋区温度跃层最强盛时期,也是南半球洋区最弱季节。

跃层上界深度分布为:

在10°~20°N,0°~20°S纬度带是跃层最深的区域。从西太平洋到东太平洋两条高值带逐渐向高纬移动至南北纬10°~30°区域,跃层最深达150m以上。在5°~10°N,跃层深度相对较浅,从西太平洋至东太平洋逐渐向高纬拓展,其深度为80m左右。

热带跃层深度高值以外至高纬的广大区域,为跃层深度较浅区域,甚至没有跃层存在。在美洲大陆沿岸为离岸上升流控制,跃层深度较浅。温度跃层的强度,可通过跃层的厚度和单位深度上的温度变化量加以反映,因而可知:温度跃层厚度的分布与跃层的深度基本一致,跃层的强度与跃层的深度并不完全一致。

跃层强度的大值区——东太平洋,在5S~10°N之间,30°~60°N也有分布,强度值在0.15~0.20°℃/m之间。15°~25°N,10°~25°S为跃层强度相对低值区,从西到东逐渐向高纬漂移,其值在0.05~0.50℃/m之间。在跃层强度的高值与低值之间,夹着0.10~0.15℃/m的中值区。

跃层类型的分布如下:在20°S~30°N之间,分布的温度跃层类型为多跃层,其间在10S~10°N区域跃层类型为深跃层。在40°~60°N以及美洲大陆沿岸跃层类型为浅跃层。在25°~60°S没有跃层存在。在无跃层和多跃层类型之间、东太平洋赤道附近,分布着混合跃层。

在日本岛以东和台湾岛以东洋域,跃层类型比较混杂,同时存在深跃层、多跃层、混合跃层、浅跃层和正逆跃层。这是由该洋域的洋流和水团的复杂结构决定的。

大西洋海域

大西洋温度跃层特征及总体趋势,与太平洋基本一致。

20°S~25°N分布着多跃层和浅跃层,大洋中部15°~20°N区域及大洋西部15°~25°S区域,跃层最深,可达150m。大洋西部5°~15°N和5°~15°S区域,跃层的厚度最大。跃层深度和厚度在关于赤道对称的大值区之间,为一片相对较小的跃层区域,其值分别为80m和40m。5°S~15°N区域的跃层强度最大,其值为0.15~0.20°℃/m。25°N以北区域,跃层类型主要为浅跃层。跃层厚度在50m以下,跃层强度为0.10~0.15℃/m。其间零星分布着深跃层、混合跃层、多跃层和无跃层,强度和厚度也有零星大值区和小值区分布。

30°S以南区域,为无跃层类型占据。25°~35°S则有混合跃层分布。

阿根廷东部则是多种跃层类型同时存在的洋域。

印度洋海域

由于特殊的海陆配置,印度洋温度跃层分布与太平洋有所不同。

20°S以北洋域,跃层类型为多跃层、深跃层和混合跃层,跃层深度在50~100m之间,跃层强度为0.1~0.2℃/m。20°S以南洋域为无跃层区。20°~30°S之间有混合跃层类型分布。30°~40°N的浅跃层,分布在地中海

冬季分布

太平洋海域

太平洋在冬季的温跃层分布不同于夏季。南半球洋区与北半球洋区的分布恰好相反。在低纬区,跃层分布情况与夏季相同。

20°S~20°N海区为多跃层和深跃层。大洋东部有混合跃层和浅跃层分布。跃层深度和厚度都是关于赤道对称的南北两个高值纬度带,且从西到东逐渐向高纬方向漂移。跃层强度的高值区在10°S~10°N,大洋东部比西部大,其值为0.1~0.2℃/m,在高值区向高纬一侧分布着强度为0.05~0.10℃/m的纬度带。在25°~45S区域,温度跃层类型为浅跃层,其跃层较浅,厚度较薄,但跃层强度很大,其值为0.1~0.2℃/m。50°~60°S和30°~60°N区域,为无跃层区。在其靠赤道一侧为混合跃层。在50°~60°N区域有逆跃层存在。

在日本以东洋域,温度跃层比较复杂,逆跃层、正逆跃层、多跃层和混合跃层同时存在。

大西洋海域

大西洋冬季温度跃层的特征,总体趋势与太平洋冬季跃层分布特征一致。与大西洋夏季相比,南、北半球跃层特征正好相反。温度跃层深度、厚度和强度在低纬地区的分布与夏季大致相同。

20°N~25°S区域分布着多跃层和深跃层两种类型。30°~60°N区域和大洋东部40°~60°S区域为无跃层区。25°~40S区域为浅跃层,且为季节性的跃层。25°~30°N区域为混合跃层类型。

阿根廷以东洋面,跃层情况比较复杂,逆跃层、正逆跃层、混合跃层和多跃层等类型同时存在。

印度洋海域

在印度洋,受到太阳辐射和当地海陆地理结构配置的影响,冬季温度跃层向南拓展,夏季的20S界限移动至40S。20°S以北洋域,温度跃层情况与夏季相同,类型为多跃层、深跃层及混合跃层,跃层深度在50~100m之间,跃层强度为0.1~0.2℃/m。

20°~40°S之间区域为浅跃层和深跃层类型,跃层深度在50m以内,跃层厚度为20~60m。但是,跃层强度很强,达到0.1~0.2℃/m。20°~25S区域及澳大利亚沿岸海域,分布着混合跃层。40°~60°S区域为无跃层和混合跃层区,其间零星分布着逆跃层。

影响

温度跃层是反映海洋温度场的重要物理特性指标,对水下通讯、潜艇活动及渔业养殖、捕捞等有重要影响。

温跃层与渔场的关系很大,主要是它直接影响鱼群的分布与活动范围,使鱼类密集成群或缩小分布范围。

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