彻底弄懂关于“热盐环流”的几个关键问题

一、“热盐环流”概念

热盐环流，又称“深海环流”，是一个依靠海水的温度和含盐密度驱动的全球洋流循环系统。热盐环流能够输送大量的热量、淡水和营养物质，因此会对全球气候起到非常关键的调节作用。热盐环流的速度为1m/s，大约1000-2000年才环流一圈。

二、“热盐环流”原理

热盐环流是由于海洋表层受热冷却不均、蒸发降水不均所产生的温度和盐度变化，导致密度分布不均匀而形成的热力学海洋环流系统。热盐环流能够输送大陆的热量、水和营养物质，其存在和变化对全球气候系统有十分重要的影响。对于全球气候系统而言，高低纬度之间存在辐射盈余与辐射亏损，为保持整个系统的能量平衡，在低纬与高纬之间，需要强大的经向能量输送，而能量的输送主要依靠大气和水体运动。目前，主流的观点是：热盐环流主要是由于北大西洋及北冰洋之间的盐分及温差对流而触发的。赤道的温暖海水借由沿岸的湾流（如墨西哥湾暖流）向北移动，途中海水释放出热量并逐渐变冷，再加上不断的蒸发，越往北海水越冷越咸越重，最后在北大西洋或北太平洋沉入深海。

三、“热盐环流”理论

海洋在气候变化中所起的作用是当今国际学术界研究的热点和重点科学问题，其难点之一是处于深海的大洋热盐环流对气候的影响问题。1962年，美国海洋学家Stommel发表了现代大洋热盐环流理论奠基性的工作，认为是上层海洋赤道与极地之间的温度差驱动着深海的热盐环流，并预言了大洋热盐环流存在着不同的状态。当热盐环流从一种状态转成另一种环流状态时会引起气候突变。后来的研究表明，这是导致气候突然变冷的一个因素。据此，好莱坞2004年推出大片《后天》，其剧情颇似2008年初我国南方那场大雪灾。然而该理论对越来越多的古气候记录不能给予很好的解释。美国海洋学家Stommel认为上层海洋赤道与极地之间的温度差驱动着深海的热盐环流，大洋热盐环流存在着不同的状态，当热盐环流从一种状态转成另一种环流状态时会引起气候突变。热盐环流在气候系统中具有极其重要的作用，它对地球气候系统起着至关重要的调节作用，可能是触发气候突变的要素之一。热盐环流的重要性在于，它和大气的经向环流系统一起，共同构成整个地球气候系统的经向环流体系。

四、“热盐环流”停止会造成的后果

既然墨西哥湾暖流是非常重要的一环，那么如果它受到冲击，比如当下在全球变暖的大背景下，北极没那么冷了，它也就不能在那里下沉（或者该过程减弱），就会影响整个传送带的运行。西北欧和大西洋，就首当其冲地受到影响。接下来就是所有的海洋、大气圈和地球上的所有生灵。据专家估测，这条“传送带”停止可能引起地球气候剧变，有可能会带来一次小冰期。热盐环流在漫长的地质年代里，只停止过一次，史称仙女木事件（约12800年前），引起了冰期和全球范围的物种大灭绝。当时的海洋里难寻生物的踪迹，因为底层海水不再运动，产生了剧毒的硫化氢气体，把生物毒死了。所幸，当下虽然温盐环流有所减弱，但短期内没有停止的迹象。但这也启示我们从身边的事情做起，延缓全球变暖进程的必要性和紧迫性。

五、电影《后天的启示》

电影灾难片《后天》又译《末日浩劫》就是对“热盐环流”停止后的气候突变模拟。影片中描述了一场空前的气候灾难，由于人类不顾大自然的警告，超负荷地开发地球资源，加剧了全球变暖，最终导致气候的突变，地球在一天之内突然急剧降温，陷入第二次冰河世纪，整个北半球陷入了龙卷风、暴雨、暴风雪、海啸等各种灾难之中。影片中描述的情景虽然骇人听闻，但是越来越多的研究表明，这些情景是有相当科学根据的，也是可能出现的。影片的开头，气候学家在新德里召开的各国政府首脑会议上指出，全球持续变暖会导致北大西洋的热盐环流关闭，从而引发一场气候突变。灾难到来之前，位于大西洋上的自动观测浮标，就监测到了海洋温度的异常，一天之内突然降温13℃，一开始是一个浮标，后来向高纬发展，多个浮标都显示海水温度的突然降低。海水温度的异常通过海气相互作用，使大气环流发生突变，欧洲、美国都遭受到了暴雨和暴风雪的袭击。在上述气候突变过程中，关键的问题是大洋中热盐环流的变化。热盐环流的概念是20世纪90年代提出的，它是影响气候变化与变率的重要机制。在全球大洋中，位于表层风海流之下的较深层洋流，是由重力作用下高纬稠密水团的下沉和低纬较轻水团的上升驱动的，其水输送量约占全球大洋的90％；因为海水的密度主要由温度和盐度决定，所以这种由密度梯度驱动的洋流，被称为热盐流。热盐流和表层风海流是一个相互联系的整体，它们共同构成的闭合环流，被气候研究领域称作热盐环流。当代大洋热盐环流以大西洋输送带环流为特征。它主要由冷水系北大西洋深层水的南向溢流和暖水系的表层北向海流共同组成。

热盐环流的重要性在于，它和大气中著名的Hadley环流、Ferrel环流和极地环流等一起，构成了能够维持全球气候系统的能量平衡至关重要的经向环流体系。众所周知，对于全球气候系统而言，热带存在辐射盈余，极地则存在辐射亏损，为保持整个系统的能量平衡，在低纬与高纬之间，必须存在强的经向能量输送。以前人们认为，这种输送作用主要通过大气过程来实现。现在研究表明，海洋的极向热输送约占海气耦合系统中极向热输送总量的50％。在北半球，它把低纬的热量输送到高纬，在50°N附近（那里的海洋西边界流最强）通过强烈的海气热交换，把大量的热量输送给大气，再由大气把能量向更高纬度输送。海洋经向热输送强度的变化，对全球气候产生重要影响。

在大西洋地区中，这种海洋环流输送的热量非常大，例如在西北欧和冰岛之间，输入的热量与该地区在海表收到的太阳辐射相近。这也是为什么北欧地区冬季比同纬度的西伯利亚温度偏暖的主要原因。有些科学家估计，一旦这种环流停止，北欧的温度将比现在降低10℃左右。

由于全球持续增暖，极地的冰川大面积融化，气候变暖又使中高纬降水增加，这些使该地区的海水盐度下降，当达到脱盐点的时候，就不存在盐度和密度差，温盐环流就失去了在高纬度地区的下沉支，环流中断，大洋环流失去了它对气候的调节功能。低纬地区的热量不能输送到高纬地区，北半球气温骤降，进入新的冰期。也许我们人类也会像电影显示的一样，当冰期到来时，来不及逃命的猛犸象，嘴里还含着食物，就被冻死了。

虽然目前科学家们认为热盐环流在未来100年不会中断，但是现在已经观测到由于极地冰川的融化，高纬度降水的增加，温盐环流正在减弱。IPCC9个海洋模式对热盐环流做了未来100年的预测，大部分模式都显示温盐环流会越来越弱。这种潜在的威胁越来越大。如果人类继续超负荷地开发地球资源，加剧这种增暖的温室效应，那么热盐环流的关闭必将提前到来，那时就是全人类的灾难。因此，保护气候，合理开发和消耗地球资源，减缓温室效应，遏止全球变暖，是我们的当务之急。

六、为什么海水盐度越高密度越大

盐度越大密度越大的原因是因为海水中溶解有大量的无机物质，特别是含氯化钠等可溶性物质。这些物质增加了海水重量和体积的同时并不改变其质量，所以会导致水的密度增加。此外温度也会影响海洋生物的生长环境及繁殖过程，因为水温直接影响着水生动物的食物来源、氧气含量以及咸度的变化等等因素。因此对于生活在海洋中的动植物而言，适宜的水温也是它们能够生存的重要条件之一。