利用水的特征绘制墨西哥湾流

如4.1.1节所述。海员们早就意识到墨西哥湾暖流带来的高温。他们还注意到，墨西哥湾流的边缘经常聚集着马尾藻(马尾藻海特有的一种漂浮的海藻)，而且墨西哥湾流的海水呈清澈的蓝色，与墨西哥湾流和海岸之间相对浑浊的海水形成强烈的对比。

自富兰克林时代以来，人们对墨西哥湾流地区的温度分布进行了各种各样的调查。这大大增加了对洋流的认识:例如，正是通过测量地表水温度，斯特里克兰船长在1802年发现了墨西哥湾流向英国和斯堪的纳维亚半岛的东北延伸。

然而，直接从船上进行的测量既耗时又昂贵，因此数量相对较少，间隔较宽。图4.30(a)-(c)生动地说明了这可能导致解释结果的困难。这些地图是根据1953年在墨西哥湾流附近收集的温度数据绘制的，需要注意的重要一点是，这三张地图都是用相同的数据绘制的，这些数据是在船沿着红线所示的轨迹移动时收集的。当然，自20世纪50年代以来，在海上进行测量变得更加容易和快捷，但数据(在空间和时间上)存在巨大差距的固有问题仍然存在。

图4.30 1953年8月气温资料的三种解释。进行测量的轨迹显示为红线。解释(a)显示了一个简单的流，而(b)显示了一个带有分支的双流(一部分比另一部分强)。第三种解释(c)显示墨西哥湾流是一系列不相连的碎片。

图4.30 1953年8月气温资料的三种解释。进行测量的轨迹显示为红线。解释(a)显示了一个简单的流，而(b)显示了一个带有分支的双流(一部分比另一部分强)。第三种解释(c)显示墨西哥湾流是一系列不相连的碎片。

使解释更加困难的是，利用船上观测资料的科学家们还必须应付这样一个问题，即测量的周期可能长达数周，因此不可能在任何时候获得水流的“快照”。这与卫星测量的情况不同，卫星测量使我们能够立即有效地看到大面积地表水的复杂空间变化(即它们提供天气信息)。然而，卫星轨道是这样的，一个给定的海洋区域相对很少被“观测”(例如TOPEX-Poseulon每十天一次)。

图4.31(a)和(b)显示了卫星海岸带彩色扫描仪(C7.CS)测量的北美东海岸海表温度和浮游植物的分布。

图4.31(a)。蓝色代表最冷的水，橙红色代表最温暖的水;绿色区域对应的是大陆架和斜坡上的冷水。记住这一点，并参考图3.1和/或图4.20(a)(如有必要)，你能否识别:(i)拉布拉多海流中的水;(ii)马尾藻海水和墨西哥湾流的水?

在解释图4.31所示的图像时。重要的是要记住不同颜色区域之间的界限是。在某种意义上，这是任意的，因为颜色被分配到特定的QTF温度或叶绿素含量范围，往往是为了带出某些特征。改变范围或颜色本身可以显著改变图像的外观。更重要的是，在图4.31这样的图像中看到的模式是流动模式的结果，而不是流动模式本身，其他因素总是在起作用。特别是叶绿素的分布(图4.3 Kb)，显著地受养分供应、生长速率的影响浮游植物物种现在,等等。

4.3.6墨西哥湾流环

也许图4.31中最引人注目的方面是(隐含的)流动模式的复杂性，这是目前任何常规测量方法都无法揭示的。可以看到各种类型的涡流，但最引人注目的是墨西哥湾流和科德角之间的圆形特征。这是一个“墨西哥湾流环”的例子——一个由弯曲形成的漩涡，它断裂形成一个独立的循环系统

图4.32(a)(背面)显示了o!大约一个月的时间里，墨西哥湾流在流向陆地的一侧和马尾藻海一侧都有出现。墨西哥湾流的涡流通常被描述为“冷核”或“暖核”。

给出鸥流环形成的方式(图4.32(ai>.;你认为墨西哥湾流的大陆边缘一侧会以暖核涡或冷核涡为特征吗?图4.31 la)是否证实了这一点?

就像漩涡以河流的方式形成蜿蜒墨西哥湾流大陆边缘一侧的涡流一定是暖核涡流，因为它切断了牛轭形的湖泊，包围了海水，把大量的水挤到了暖流的另一边。图4.31(a)证明了这一点，其中涡流的中心区域为黄色，对应于温暖的墨西哥湾流和马尾藻海水。(请注意，涡流中的旋转流延伸的区域比黄色所示的区域大得多。我

图4.31 (a)美国和加拿大东海岸的海面温度和(b)浮游植物色素的分布(科德角和长岛可以在图像上方三分之二处看到)。这些数据是在1979年6月14日由nimbus -7卫星上的海岸区彩色扫描仪收集的。(a)中的图像基于红外辐射的测量:最温暖的水(红色所示)约为25°C，最冷的水(深蓝色所示)约为6°C。棕色是陆地，白色条纹是云(这通常限制了此类图像的实用性)。(b)中的图像与封面上显示的图像相同。浮游植物色素的最高浓度显示为棕色;中间浓度为红色、黄色和绿色;蓝光的含量最低(浓度是由有机色素对红光和绿光的相对吸收和反射得出的)。

图4.31 (a)美国和加拿大东海岸的海面温度和(b)浮游植物色素的分布(科德角和长岛可以在图像上方三分之二处看到)。这些数据是在1979年6月14日由nimbus -7卫星上的海岸区彩色扫描仪收集的。(a)中的图像基于红外辐射的测量:最温暖的水(红色所示)约为25°C，最冷的水(深蓝色所示)约为6°C。棕色是陆地，白色条纹是云(这通常限制了此类图像的实用性)。(b)中的图像与封面上显示的图像相同。浮游植物色素的最高浓度显示为棕色;中间浓度为红色、黄色和绿色;蓝光的含量最低(浓度是由有机色素对红光和绿光的相对吸收和反射得出的)。

图4.32 (a)根据1977年2月至3月的红外卫星图像推断的墨西哥湾流涡流或“环”的演变。温暖的马尾藻海水显示为淡粉色，凉爽的大陆架海水显示为蓝色，墨西哥湾流显示为深粉色。

图4.32 (a)根据1977年2月至3月的红外卫星图像推断的墨西哥湾流涡流或“环”的演变。温暖的马尾藻海水显示为淡粉色，凉爽的大陆架海水显示为蓝色，墨西哥湾流显示为深粉色。

顺便提一下，倾向于发展成环状的墨西哥湾流曲流有时被称为“斜压不稳定性”，因为它们是具有强密度梯度的流的扰动(图4.32(b))，因此是垂直和水平的速度梯度。它们的动能被认为来自平均流的势能，即来自墨西哥湾流中倾斜等斜线的“松弛”(参见第3.5节)。其他类型的涡流是由于速度的巨大横向变化或横向电流剪切(参见图4.6)而产生的，在这种情况下，原始扰动被称为正压不稳定。

图4.31(a)和(b)生动地展示了涡在锋面边界上转移水性质的作用。这两幅图像一起显示了暖核涡旋的形成如何导致温暖的、相对贫瘠的马尾藻海水穿过墨西哥湾流转移到大陆边缘凉爽的、多产的水域(因为营养丰富)。同样，冷核涡流将把凉爽的生产性沿海水带入马尾藻海。涡流的产生在传输中也很重要水的特点之间的海洋。类似于墨西哥湾流环的涡流

图4.32 (b)沿(a)(iv)黑线的温度剖面，显示涡流延伸到显著的深度。

Iqi ^stance■«mi form from阿古拉斯海流“环”离开南非的尖端(见图3.1)。而且被认为是印度洋和大西洋之间水转移的重要因素。

从图4.32(b)的温度剖面可以看出，像它们形成的西部边界流一样。墨西哥湾流环延伸到相当深的地方。冷核涡可延伸到海底4000-5000米深处，而暖核涡则冲击大陆斜坡，形成后上升，不规律地向西南漂移。墨西哥湾流环倾向于向西和/或向赤道移动(海洋其他地方的类似漩涡也是如此)，而不是向极地和/或向东移动。它们的生存时间似乎在很大程度上取决于它们所走的路径:暖核涡流通常会持续到它们被卷入大规模的东北方向的墨西哥湾流，其生存时间可能从几个月到一年不等;冷核涡更容易被再次卷入墨西哥湾流，通常存活时间更长。

墨西哥湾流的涡流不仅很深，而且覆盖了大片区域。一个新形成的冷核涡的直径通常为150-300公里;一个暖核涡旋的直径约为100-200公里。此外，在任何时候，马尾藻海面积的159r可能被冷核涡占据，而409c的大陆架水可能被暖核涡占据。它们对整个北大西洋有着重要的影响，不断地与周围环境交换能量、热量、水、营养物质和生物。在局部，它们还极大地影响着海洋和上覆大气之间的热和水的交换。

回到图4中的(' nil Stream rings ')。你可以分辨出冷核涡流和暖核涡流的方向。

流

图4.33北大西洋西部海面高度沿卫星轨迹的变化(见插图地图)。这些测量是由Seasat雷达高度计于1978年9月17日至10月8日进行的。黑线代表海洋大地水准面的局部高度，以厘米为单位的距离是偏离这一高度的距离。

冷核涡旋总是气旋性的(在北半球是逆时针的)，而暖核涡旋总是反气旋性的——这是所有中尺度涡旋的真实情况，而不仅仅是墨西哥湾流环。你已经在问题4.11中遇到过这个想法:图4.25中的“高点”对应于中心区域温暖的涡，而低值对应于中心区域寒冷的涡。

所有的墨西哥湾流漩涡，无论是暖核还是冷核，都包含一个墨西哥湾流水环。在这个环中，旋转速度最高——高达1.5-2.0米每升——并且在向漩涡中心和向外“边缘”方向都下降。这些信息最初主要是通过直流测量获得的。图4.31所示的卫星图像在描绘水性质的水平变化方面非常有效，它们所显示的流动模式的复杂性无法通过传统的海洋学技术完全了解，但它们无法提供有关当前速度的信息

图4.33北大西洋西部海面高度沿卫星轨迹的变化(见插图地图)。这些测量是由Seasat雷达高度计于1978年9月17日至10月8日进行的。黑线代表海洋大地水准面的局部高度，以厘米为单位的距离是偏离这一高度的距离。

一种遥感技术，可以提供关于当前的速度是卫星高度。你已经在第3.3.4节中遇到过。frontipiece显示了TOPEX-Poseidon卫星一次通过时的海面动态地形，即海面高度减去大地水准面(图3.22)。如果假定地转平衡，这种瞬时的海面图像可以用来推断当时海面水流的速度。图4.33显示了墨西哥湾流区域沿东南-西北卫星轨道的海面形状在21天内的变化情况。墨西哥湾流本身清晰地显示出来，还有一个冷核环，在这段时间里，它正在向卫星轨道的一侧移动。

卫星测高对物理海洋学家来说是非常令人兴奋的，因为它使他们能够看到海面的动态地形(第3.3.4节)。此外，将直接测量到的水流速度与从观测到的海面坡度计算出的数值进行比较，就可以得出海水所处的深度地转流速度变零(即等压表面变水平的深度)需要精确确定(第3.3.3节)。

这几乎是我们最近对墨西哥湾流的测量和观测的调查，墨西哥湾流是强烈的西部边界流的一个例子。随着对其他西部边界流的了解越来越多，很可能会发现它们与墨西哥湾流有许多相同的特征。在继续看赤道流的东翼之前副热带环流- - -东部边界流-我们将简要介绍目前尚未讨论的一些测定方法。看看北大西洋环流模型项目的一些结果。

继续阅读:赤道暗流

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