海流的強與弱

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課程說明

先備知識

2. 行星風系對海洋的流動影響

學習目標

時間分配

1. 引起動機（前言）：5 分鐘

2. 素材導讀：20 分鐘（建議前一堂課學生閱讀）

3. 小組討論（針對學習單上的內容）：20 分鐘 4. 小組報告：每組 5 分鐘

評量方式

海流的強與弱

－西方強化效應

主題5 海流的強與弱 29

1. 大洋環流

洋流可分為風吹流、傾斜流、補償流及密度流。而表層洋流的原動力來自於風的吹拂，形成風吹 流。因東北信風推動，約在北緯15 度附近具有由東向西的洋流，在北半球稱為北赤道洋流，從美國加 州流向菲律賓。北赤道洋流流到菲律賓後，部分轉向北流形成黑潮。黑潮在日本的東邊受西風影響，

開始由西向東轉往美洲方向移動，形成北太平洋洋流（圖一）。北太平洋洋流碰到美國和加拿大的陸地 後，往南形成加利福尼亞洋流，最後又向西變成北赤道洋流的一部分。呈順時針方向流動的北太平洋 環流於是形成，而在其他大洋的環流系統中也具有類似的性質。

但在世界上大部分的大洋環流中（圖二），位處西方、靠近大陸的「西方邊界流 Western Boundary Current」的流幅通常較窄，流速也遠高於其他位置的洋流。這到底是為什麼呢？

․ 圖一 北太平洋環流系統

海洋洋流不僅對氣候造成影響，也對生物的演化造成影響。同時在地球環境的演變、生態的平衡 都扮演著非常重要的角色。在太平洋環流中，流速最快的是哪一條呢？答案也許出乎很多人的意 料之外，正是流經臺灣、位於太平洋西側的黑潮。事實上，不僅是黑潮，只要是位處於大洋西側 的洋流，都有著相對較快的流速，以及相對較窄的流幅。這個現象被稱為「西方強化效應」。

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․ 圖二 世界主要的大洋環流

2. 西方強化效應的原因

西方強化效應可以用角動量守恆的觀念理解。

若有一理想海洋，低緯度吹東風，中緯度為西風，高緯度為極地東風。艾克曼效應預期赤道附近 水位會降低且產生湧升，而中、低緯度間為沉降流，水位堆積隆起，高緯度地區又出現湧升流，低水 位。如此就構成了大洋的主要環流系統。

但地球是一個球體，地表上不同緯度的地區環繞地球自轉軸旋轉的半徑並不相同。當海水向北移 動時，由於高緯度的旋轉半徑較小，為維持角動量守恆，海水會加速前進。而在流量固定的情況下，

當海水流動的速度越快，則流經的面積也會越小，洋流的流幅因而變窄。相反的，在大洋的東岸，海 水向下流動時，因繞行自轉軸的半徑增加，造成海水流速減慢，流幅也隨之加寬。於是就形成了快、

深、窄的西方邊界流，以及慢、淺、寬的東方邊界流。

表一 東西邊界流的比較

洋流類型 洋流特徵 流速 流量 例子

西方邊界流 流幅＜100 公里

深度可達2 公里 每天數百公里 ＞50sv 灣流 黑潮

東方邊界流 流幅～1000 公里

深度＜500 公尺 每天數十公里 10～15sv 加利福尼亞涼流 加那利涼流

3. 著名的西方邊界流

世界上最強的西方邊界流，是位於大西洋西側的墨西哥灣暖流，通常簡稱為灣流，由墨西哥灣一 路延伸至東北大西洋，並在那裏分支為北大西洋暖流與加那利涼流。灣流的流幅約為100 公里寬，深 度約為800～1200 公尺，流速最快可達每秒 2 公里以上，是世界上最大的表層洋流，對流經地區的氣 候影響重大。舉例來說，灣流從低緯度帶往高緯度的龐大熱量使美國的佛羅里達州冬季平均氣溫維持

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在24℃以上；其分支北大西洋暖流更是顯著提升了歐洲的平均溫度，使西歐比世界上其他同緯度的地 區更加溫暖。同時，灣流從低緯度帶來的大量高鹽海水（圖三），會在北大西洋沉降成為溫鹽環流的起 點，對全球氣候都有重大的影響。

․ 圖三 衛星拍攝的墨西哥灣暖流，圖中的顏色代表溫度，可以看到一條明顯的暖海水從墨西哥灣一路流向北大西洋。

另一個著名的西方邊界流，則是與臺灣十分密切的黑潮（圖四）。黑潮南起菲律賓、北至日本，綿 延超過6000 公里，流速約為每秒 1 公尺，是僅次於灣流的世界第二大洋流。黑潮海水的鹽度高，但營 養鹽濃度低，少了海中的浮游生物和大河注入的懸浮物質，使黑潮的海水水質相當清澈，大部分的陽 光都被海水所吸收，因而水色較深，才被稱為黑潮。

․ 圖四 西太平洋的海洋表面溫度圖

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如同灣流，黑潮帶來的大量熱量也讓黑潮流經的地區的氣 候更加溫暖潮溼。此外，黑潮蘊含相當豐富的海洋資源，溫暖 與高速的海水就像海底特快車讓洄游性魚類搭乘；黑潮與其他 洋流的交會、或是沿途中所形成的漩渦造成的擾動，帶起了深 海豐富的營養鹽，形成了許多知名的大型魚場（圖五）。

圖片來源

圖一 維基百科：https://ppt.cc/fDSJxx。

圖二 Dr. Michael Pidwirny。

圖三 NOAA，http://www.opc.ncep.noaa.gov/gulf_stream.php。

圖四 NOAA，http://www.ospo.noaa.gov/Products/ocean/sst/contour/。

圖五 東港魚市場簡介：https://ppt.cc/fNyhCx。

1 黑潮的前世今生與未來。

2 Oceanograph Third Edition。Tom Garrison，https://ppt.cc/fNyhCx

3 英文維基百科 墨西哥灣暖流：https://ppt.cc/fbjgGx

4 Lecture 8: Western intensification：https://ppt.cc/fFHtpx

5 NOAA Boundary Currents：https://ppt.cc/f2eUix

6 維基百科 黑潮：https://ppt.cc/fpin6x

․ 圖五 東港的黑鮪魚市場

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1. 黑潮、灣流的流幅窄、流速快，在生活中可以作什麼應用？

答：略（目前有許多的海洋發電的探討、海洋深層水的應用都與黑潮有關，可以試圖查資料或研究 看看還有沒有什麼相關應用。）

2. 為什麼黑潮與其他洋流交會就會產生漁場？

答：略（臺灣附近典型的例子就是冬季的烏魚群，可以從溫度的變化、營養鹽濃度的改變來討論。）