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2021-11-02傳輸全球洋流的心臟:南大洋 623 期

Author 作者 吳依璇/臺灣大學海洋所畢業,目前是《滔滔》的編輯。曾經在物理界裡載浮載沉,隨著洋流漂到地科界裡慢慢沉降。

南韓60°以南一直以來都是個神祕的地方,要到達那裡必須先穿過「咆嘯40度」(Roaring Forties)、「狂暴50度」(Furious Fifties)、「尖叫60度」(Screaming Sixties)。光是這些水手對於南緯60°周圍地區的描述,就可以想像要到達南大洋是趟多麼艱辛的旅程。也因為如此,大多數身處於北半球的我們,對於南方世界仍有許多未解之謎。

許多人對於三大洋並不陌生,馬上就可以想到是太平洋、大西洋、印度洋,目前國際上有將北極海和南大洋升格為大洋的說法,但並非每個國家都認同。大洋通常是指極大的海域,而比較小的海域,例如地中海、日本海等被陸地或是群島包圍的水域則稱為「海」。另外「海」也可以是指大洋邊緣的邊緣海(marginal sea)。

回到南大洋,該海域和其他大洋最大的不同點,在於南大洋是被其他海洋所環繞,位於南緯60°以南的海域。

南方世界最大的海流

在南大洋當中,最重要的海流是南極繞極流(Antarctic Circumpolar Current, ACC),這道洋流環繞著南極大陸,使得來自低緯度的熱量難以直接進入到南極大陸,也因此使南極大陸一直維持低溫,終年有陸冰甚至海冰(sea ice)的狀態。南極繞極流是世界上最大的洋流系統,並傳輸南極底層水(Antarctic Bottom Water, AABW)和南極中層水(Antarctic Intermediate Water, AAIW)到太平洋、印度洋,以及大西洋三大洋盆,也是全球經向翻轉環流(global meridional overturning circulation,GMOC)中相當重要的部分,範圍大約可以延伸到南緯38°,最大流量大約位於南緯50°處(圖一)。

南大洋各鋒區分布位置圖
圖中藍色的底色深淺程度代表水深,深紅色線代表南極繞極流流經的範圍,紅色線為海冰體積最小值的海冰分布線,
黑色線為海冰體積最大值的海冰分布線。
(圖一)

 


南極繞極流受到強勁的西風(westerlies)推動,流量大約可達100 ~ 150 Sv〔註〕,寬度大約2000公里,從海表往下延伸至水深2000 ~ 4000公尺。其中最窄的通道位於南美洲的德雷克海峽(Drake Passage),流量可達134±13 Sv,由於海底複雜的地形,讓南極繞極流流速在這裡會略為降速。

註:Sv 為sverdrup 的縮寫,代表海洋的體積流量計量單位。1 Sv 等於1 million m3/s。

不同地點的海水都帶有當地性質,當這些海水流往別的地方,會讓原本的海水與行經地點的海水混合。舉例來說,在低緯度的海水通常都比較溫暖,當往高緯度流動以後,就會將熱量往高緯度輸送,海水本身的溫度也會越來越低。這些帶有生成區域性質的海水我們會稱之為「水團」(water mass),按照海水溫度、鹽度、密度等的差異,我們可以追蹤這些海水原本是在那裡形成,又經過哪些地方。

當西風不斷吹拂,會帶動表層的海流形成南極繞極流,此外來自北邊的深層海水隨著海床向南移動,到了靠近南極繞極流的下方,由於南極繞極流的快速流動,表層海水因為艾克曼傳輸(Ekman transport)而被帶往赤道方向,一部分的深層海水向上補充並曝氣,接觸到高緯度的冷空氣,因此使海水溫度下降密度也隨之增加並向北移動。……【更多內容請閱讀科學月刊第623期】