溫鹽環流 與 海洋深層水 ～ 全球海洋運輸帶

溫鹽環流與海洋深層水　　～全球海洋運輸帶

國立大里高中林士超

洋流• 風吹流 (wind-driven current) ：

風吹水流即成風吹流，此為海洋上層的主要海流。 current 指較小尺度的運動， circulation 指較大尺度的運動

• 溫鹽環流 (thermohaline circulation) ：因海水密度分佈不均，產生壓力梯度，形成的海流

• 海水密度主要是受溫度、鹽度的影響，而溫鹽變化最大即是赤道－極地

• 故溫鹽流主要是經向流。

三大洋主要的環流系統

摘自 Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed.

South Atlantic (45S 50W)• temperature (blue), salinity (green) and relative density (red)

• Units: Temperature, degrees C; Salinity, p.s.u.; Density, kg m-3 http://www.soes.soton.ac.uk/teaching/courses/oa631/hydro.html

http://www.soes.soton.ac.uk/teaching/courses/oa631/hydro.html

Section

along 20oW

南美

紐澳

非

年平均風向風速 @ 南極

Antarctic Circumpolar Current (also called the West Wind Drift) that flows around Antarctica (dark blue).

南極底層水• Antarctic Bottom Water, AABW• 來源：

南極的威德海 (Weddell Sea)　　　羅斯海 (Ross Sea) 水域。

• 為南極繞極水 (Antarctic Circumpolar Water, AACP) 以及附近大陸棚海水之混合體

• 冬季時，由於冷卻以及結冰作用，海水 σ_t 密度增至 27.96 以上，會沿著陸棚邊緣下沈直至深海海底

• 隨後再向北、向東擴展

http://www.uib.no/People/ngfso/BIAC/

AABW 分佈

From Talley 1999

北大西洋深層水• North Atlantic Deep Water, NADW• 北極海區冬季時亦理應生成類似的底層水，

可是由於北極海為陸塊以及海檻所圍繞，所生成之底層水無法有效流出

• 不過，主要的表層海流均在格陵蘭南方匯集，迫使海水下沈

• 另方面，海流匯集發生混合增密現象 (Caballing effect) ，混合水密度增大更易下沈

• 這股水團稱為由北往南流，水量很大。

NADW

http://www.whoi.edu/oceanus/viewArticle.do?id=2335

大西洋水團分佈

摘自 Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed.

普通水• Common Water, CW• NADW 流過赤道後繼續向南流，與 AACP 相

混合產 生一個新的水團普通水隨南極繞極流流動，

• 從好望角附近流進印度洋，繞過澳洲與紐西蘭後流入太平洋，構成這兩大洋深層與底層水的主體

• AABW, AACP, NADW 以及 CW ：各大洋停留在最深層及水量最大的深層水團。

東太平洋水團分佈

摘自 Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed.

摘自 Thurman, H. V. (1993) "Essentials of Oceanography", 4th ed.

全球溫鹽環流分佈

• NADW 流量約為 20 SV 　　　　　　　　　• 北太平洋的表層海流會送回大西洋，大約有 8.5SV• 抵北大 西洋時此流之流量已增為 18.5 SV• 太平洋有 1.5 SV 會經由白令海峽 (Bering Strait) 進入大西洋，

0.1SV 的水 會以水汽型態穿越巴拿馬地峽

1SV =106 m3/sec

全球海洋深層環流系統

The proposed by Stommel and Arons (1960) http://geosci.uchicago.edu/~gidon/geosci245/thermohal/thermohaline.html

南一高一課本NO3

- (M) PO43- (M) O2 (M)

營養鹽 : Pac > Atl , 溶 氧 : Atl > Pac

http://www.awi-bremerhaven.de/GEO/Flux/model.html

實測與模式

古氣候 vs 明天過後

溫鹽圖 (T-S Diagram)• 鹽、溫度在物理上

並無一定的關係，一固定鹽度可為任何溫度

• 但常於一大水域，其溫鹽組合頗固定。

• 為介紹水團或水種的工具

CTD

South Atlantic ocean

http://www.windows.ucar.edu/

溫鹽圖 (T-S diagram, T-S plots )

•將在海洋中不同地點不同深度所量測的溫度、鹽度繪圖，即為溫鹽圖

• 15℃以上：　黑潮的鹽度＞南海的鹽度→黑潮：屬高溫高鹽的水團

• 5~30℃的溫度範圍內　黑潮的鹽度變化較南海大。

水團　 water mass

• 指一水體含有特定組合的物理、化學特性，常用以推論大型三維環流狀流

• 最常用以分辨水團的物理、化學特性 溫度與鹽度

• 因為是守恒物質 其變化皆因邊界之加入或去除作用（不守恒物質：可因生物、化學作用而改變，

　　如營養鹽、溶氧等）• 水團 (Water Mass)Mass) ：分佈為直線者：分佈為直線者• 水型水型 (Water Type)(Water Type) ：分佈集中於點：分佈集中於點• 離開源區後之水型離開源區後之水型即是水團即是水團。

溫鹽圖繪製

http://math.nyu.edu/caos_teaching/physical_oceanography/numerical_exercises/ts_plots/ts_plots.html

T-S Diagram功能• 水團的標定及追蹤• 區間海域海水之組成及起源• 海域海水之混合狀況• 等等

功能一：水團的標定及追蹤

45oS in the Atlantic The numbers on the curve correspond to depth in metres. Also shown on the diagram are lines of constant t. The T--S characteristics

http://www.soes.soton.ac.uk/teaching/courses/oa631/hydro.html

South Atlantic (45S 50W)

AAIW 中層水NADW 深層水AABW 底層水

From Tolmazin (1985).

功能二：區間海域海水之組成及起源

功能三：海域海水之混合狀況（混合增密作用）

• 將 A 與 B 以 1:3 之比例混合後，密度將比原先增大。Thurman, H. V. (1993) "Essentials of Oceanography", 4th ed.

黑潮水

親潮水

T-S plot of data collected at various latitudes in the western basins of the south Atlantic. Lines drawn through data from 5°N, showing possible mixing between water masses

功能四：海水成層穩定度的估算

海洋深層水• 二十一世紀之藍金（ Blue Gold）• 每年 800億元新臺幣的產值• 深層海洋水　？• 功效　？• 把關的單位　？

背後的真偽 ~　　　 30 億控告

• 台鹽、統一、台肥海洋深層水• 壹週刊台灣沿海有無溫鹽環流經過 ？神奇的療效 ？置入性行銷 ？

誤導深層海洋水功效的爭議• 科學月刊 　 11 月號 /2007 第 455 期• 海洋大學李國添校長李校長：把東部的深層海水藉由「黑潮」試圖與溫鹽環流連接，

• 暗示：抽到的水也是溫鹽環流的一部份• 根據海洋大學教授 10月初的演講：

黑潮水根本沒靠近花蓮和台東所佈管的岸邊，而是在 6 至 8公里外的綠島。（在經濟部 96 年度深層海水產業人才精英培訓課程）

深層海水• 政府為了深層海水產業的發展，自民國 95 年起便委託學術機構及民間業者進行東部宜蘭、花蓮及台東的深層海水潛在場址調查

• 了解區域性的海底地形、水文及水質等特性• 同時也對廠商所抽取的深層海水，進行定期水質檢測

• 相關數據都證實其確實具有低溫、高礦物質、富營養鹽、潔淨性等水質特性，適合發展深層海水多目標利用。 （顏志偉／工研院深層海水推動計畫主持人 ）

抵制瓶裝水• 不環保 價錢貴 品質不如自來水• 耗費石油、污染環境 • 全世界瓶裝水第一大消費國美國墨西哥、中國、巴西次之

• 美國每年要：消耗掉 40億加侖，塑膠包裝折合 150萬桶石油，950億個空瓶子被填埋（現代化石）

　足以供 10萬輛汽車行駛 • 每公升進口礦泉水耗費 0.25公升石油

New!!

• 儘量少喝或不喝瓶裝水 隨身攜帶水杯，乾淨又健康

• 廢棄塑膠瓶不亂扔，合理回收和利用。 從自己做起、從身邊做起

• 瓶裝水生產廠家，有責任加快創新 儘快推出可再生、可循環使用包裝。

台灣新建一艘 2700噸級的海洋研究船，已於 2010 年完工

R/V Atlantis: 1997, 3500 Ton, 60 天 , 47人 (24/23) (Woods Hole Oceanographic Institution)

第一艘海洋研究船• 海功號（農委會水產試驗所，已除役）• 近廿年來的海洋研究主力：

– 水試一號（農委會水產試驗所）– 海研一、二、三號（國科會）– 達觀號（海軍）

• 水試一號1800 ton , 12 人

• 海研一號800 ton 19人 (9研 /10操 )

• 海研二 / 三號 :250 ton, 7人 (4研 /3操 )

http://ntuio.oc.ntu.edu.tw/instrument/ship.htm

財團法人國家實驗研究院二千七百總噸級海洋研究船

http://www.usddc.org.tw/rship/index.htm

研究員及技術員： 30 / 18人

3000M ROV• 目前國內尚無 3000M ROV （ Remotely Operated Vehicles

） 確有必要購置

• 國研院正在研發 3000M 深海 ROV 何時能造成尚不可知。

• 現因經費不足，而 3000M 深海 ROV 非買不可， 暫時無力購買淺水 ROV 。

• 現面臨的最大問題： 缺乏訓練有素的操作團隊 興趣的青年學者能加入 ROV

參考資料• Regional Oceanography: an Introduction http://www.lei.furg.br/ocfis/mattom/regoc/

• Introduction to Physical Oceanography http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/contents.html

• MIT: Open Course• http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Earth--Atmospheric--and-Planetary-Scien

ces/12-808Fall-2004/CourseHome/index.htm

• 台大海研所王冑 http://140.112.68.243/chap6/chap6.htm 　　• http://oceanmotion.org/html/background/ocean-conveyor-belt.htm• http://sam.ucsd.edu/sio210/lect_2/lecture_2.html

溫鹽圖繪製

國立大里高中林士超

Open CTD 檔案•點選範圍 BC欄位 , 開始繪圖

Plot 4-1• XY散佈圖

Plot 4-2

• 直接，下一步

Plot 4-3

• 輸入標題，鹽度，溫度

Plot 4-4

• 選擇工作表的物件

座標軸格式• 點選座標軸• 刻度 Y 　– 5,35,5,1,交於 -5

• 刻度 X 　 32.5,35.5,1,0.5,交於 32.5

• 數字

貼圖 (等密線 )• 插入圖片• 從檔案• 溫鹽圖 _empty.bmp

圖片透明化

調整圖片大小• 以軸的刻度為依據

完成• 保留等密線的貼圖• 在 excel中 ,去掉

軸刻度的數字