基本介紹
- 中文名：大尺度海–氣相互作用
- 外文名：large scale air-sea interaction
解釋
通常把空間範圍達數千千米以上、時間長達幾周以上的相互作用，稱為大尺度海–氣相互作用。其內容包括大氣對海洋的影響、海洋對大氣的影響及海–氣之間的相互作用。由於大尺度海–氣相互作用的範圍廣、時間長，對天氣和氣候的影響深遠，與人類活動的關係密切，已成為大氣科學和海洋科學中重要的課題。這一課題的研究最早可追溯到19世紀末。
隨著新技術和高速電子計算機的廣泛套用，在觀測方面，可通過選擇特定海區和某一時段，針對一個或若干個專題，由一國或多國參加，利用船舶、浮標、飛機、雷達、衛星等工具，在水下、邊界層和空中同時進行大型立體現場觀測試驗；同時，在觀測資料的基礎上，採用不同的數學模式，利用大型電子計算機進行大尺度海–氣相互作用的數值模擬試驗。
大氣對海洋的影響
突出表現在海洋的流場、溫度場和鹽度場中，它們均受到低層大氣的風、溫濕層結、降水以及風暴活動的影響，其中以動力作用為主。這是因為海面風速是10米/秒的量級，而表面流速僅為10厘米/秒的量級，與海面風相比表面流是很小的，因此上層海洋的運動以及由此引起的變化主要受大氣環流制約。海洋在大氣的影響下，由於動量和動能的下傳，直接產生漂流、傾斜流、海浪和增水減水現象，配合地形與海岸效應形成上升流、沿岸流和風暴潮等。這種影響不僅表現在海洋表層，還可以傳到海洋中較深的水層。
從現場調查和理論模擬，都已證明了大尺度風場對大洋環流的作用，如西風漂流、信風環流和季風環流等，都是與大氣環流相對應的海洋環流。同時還發現，異常的大氣環流也可以導致異常的海洋環流。至於海溫的高低、海面蒸發的強弱及海凍的生成和移動等，無不與天氣和氣候有著密切的關係。
海洋對大氣的影響
多屬熱力性的，其原因有二：
①無論大氣還是海洋，它們的能源都是來自太陽輻射。大氣直接吸收太陽輻射的能力很低，海水吸收太陽輻射的能力卻很強。太陽輻射首先被海洋（及陸面）吸收，使海水增溫，再由海面（及陸面）輻射長波輻射以及輸送感熱和潛熱，從底層加熱大氣，它是對流層大氣增溫的直接能源。
②比較一些海洋和大氣的熱容量的差別：海水比熱是空氣的4倍，整層空氣柱的質量僅相當於10米水柱的質量，以海洋平均深度為4 000米以及海洋約占地球表面的3/4計算，海水的總質量是大氣總質量的300倍。由此可知，海洋的熱容量約為大氣的1 200倍，或者說海洋為大氣的加熱儲蓄了充分的能量。但地球面上無論海洋還是大氣的熱狀況都不是均勻分布的，不同海區，由於所處緯度和海陸配置的差異，海洋對大氣影響的程度和特徵不盡相同。其中突出的是赤道太平洋海區存在的海溫的東西差異，對上空大氣環流、雲和降水等均有顯著作用。著名的厄爾尼諾現象與大範圍的氣候有密切關係（見厄爾尼諾、海–氣關係、太平洋）。海溫對於颱風和溫帶氣旋的生成和發展、頻率及移動路徑，均有顯著的影響。
海–氣相互作用及其在長期天氣預報中的套用
海洋和大氣既有各自不同的屬性和運動體系，又是在地球運動統一影響下的相互作用著的耦合系統。ENSO（厄爾尼諾–南方濤動）事件就是大尺度海－氣相互作用最典型、最突出的一例。海–氣相互作用是一種相互調整和相互制約的反饋過程。只要一方出現異常，就有可能影響另一方，後者又反饋到前者，如此往復循環。如當海面溫度受到擾動後，向大氣輸送的感熱和潛熱就會發生改變，從而影響到大氣環流和雲量，反過來雲量又會造成輻射的改變，風又造成海水的混合、平流和垂直運動的改變，從而影響到海面溫度。這些過程的作用，或者使海面溫度的初始異常更為增大（正反饋），或者使其減小（負反饋）。但對如此複雜的海–氣系統，任何正反饋機制都會在某一階段受內部調節過程的作用而抵消，達到相互適應。這種調節機制，仍不十分清楚。研究表明，相對於大氣的變化，上層海洋溫度場具有低頻變化的特性，海面溫度距平特別是東赤道太平洋海面溫度距平，變化的振幅大，持續時間長，影響範圍廣而深。東赤道太平洋海面溫度距平已經成為全球氣候變化的最強信號。海洋溫度變化和由此而引起的氣候變動之間，存在著密切的相關性，以年為時間尺度的大氣變動的主要原因，很可能與這種緩慢變化著的海洋推動力有關，或者說是大尺度海洋和大氣相互作用的結果。因此預測大氣的年際變化，就變成預測海洋年際變化的問題。如預報厄爾尼諾是否發生，已成為長期氣候預報的首要內容。在大範圍長期天氣預報中，利用海面溫度作為預報因子，已取得一定的效果。
