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全球海洋深層大循環也稱作溫鹽環流（thermohaline circulation、縮寫THC），或稱「輸送洋流」 （Ocean Conveyor）、「深海環流」（deep ocean circulation）等，是一個依靠海水密度不同而驅動的全球洋流循環系統。海水的密度又決定於溫度和含鹽密度（越冷或鹽分越高則海水密度越高），所以稱為溫鹽環流。

圖1：全球海洋深層大循環 （圖片來源：《全球環境展望4 ， p. 119）

風動（wind-driven）環流和溫鹽驅動（thermohaline-driven）環流

海水表面會受風力驅動是很容易觀察到的現象。但是風力無法觸及深海，所以早期的海洋學家認為深海應該靜止不動。但是現代儀器偵測到深海的移動速度非常可觀。到底深海運動的驅動力為何？這是19世紀激烈爭辯的問題。1908年時瑞典海洋學家Johan Sandström進行一連串經典實驗來解決這個謎題。Sandström在水箱裡面一層層放入放入從峽灣取來密度不同的海水，然後在水表面吹送氣體，也在不同位置加熱或冷卻海水。如此，Sandström分辨出風動（wind-driven）環流和溫鹽驅動（thermohaline-driven）環流的不同。但是這個區分是概念上的分析工具，大自然實際運作上是複雜多了，無法實際測量到截然分開的風動和溫鹽驅動的洋流，而是不同因素（還包括潮汐等）混合後的結果。目前海洋學家會建立理論模型，使用電腦模擬來分析複雜的海洋動態。

溫鹽驅動過程大致如下：表面的洋流帶會因為密度的差異而與其他的水域劃清界線。暖流會膨脹致使密度下降，高濃度的鹽則會填補水分子間的空隙導緻密度上升，低密度的水會浮在高密度的上方。當高密度的水先形成，分層形態並不穩定的，為了均衡其密度分佈，不同密度的水會相互產生對流，提供了深海洋流的動能。

水體（water mass）

因為密度（還有其他物理和化學性質）的差異，在一範圍內特性相似的海水會形成水體（water mass），可與周圍水體區別開來。世界海洋常見水團包括：南極底層水（Antarctic Bottom Water, AABW）、北大西洋深層水（North Atlantic Deep Water, NADW）、繞極深層水（Circumpolar Deep Water, CDW）、南極中層水（Antarctic Intermediate Water, AAIW）、亞南極模態水（Subantarctic Mode Water, SAMW）、北極中層水（Arctic Intermediate Water, AIW）、眾多海洋盆地（oceanic basin）的中央水團，與及眾多表層水團（surface water (ocean)）

深層水(deep water mass)的形成

高密度的水幾乎都集中在北大西洋及南冰洋下沈至海底深處的洋盆，在這些極地的洋域，表面洋帶的水都會因為寒風吹襲而冷卻，這些風不單帶動表面洋帶移動，所引起的乾濕溫差還會構成大規模的海水蒸發，加速水溫下降，這個現象被稱為蒸發冷卻(evaporative cooling)，類似人體在濕熱的環境下排汗降溫的原理。由於被蒸發走的是純水的分子，海水中的鹽度會相對地上升。另海洋上冰的構成亦對海鹽的濃度帶來不可忽視的影響，由於純水的凝固點是攝氏0度，比鹽水的零下1.8度要高，因此純水往往會比鹹水優先結冰，增加了的鹽度減弱了海水凝固的速度，如此寒冷的濃鹽水會被包含在海冰的蜂巢狀之結構中，當中的濃鹽水逐漸地反過來熔解覆蓋著它的冰層，最後將一部分冰塊從母冰塊分裂出並下沈，這個過程叫做海水排斥。水溫和鹽度這兩大因素加起來導致海水的密度增大。

圖2：全球海洋深層大循環中深層水的形成。 （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Thermohaline_circulation#Effects_on_global_climate）

溫鹽環流的運作和氣候變遷

這個系統的運作現況是，以風力驅動的海面水流如墨西哥灣暖流（Gulf Stream）等將赤道的暖流帶往北大西洋，暖流在高緯度處被冷卻後下沈到海底，這些高密度的水形成北大西洋深層水（North Atlantic Deep Water）接著流入洋盆南下前往其他的暖洋位加熱循環，一次溫鹽循環耗時大約1600年，在這個過程中洋流運輸的不單是能量（溫度 / 熱能），當中還包括地球固態及氣體資源等，不過溫鹽環流最受人類關注的是其全球恆溫的功能。溫鹽環流推測主要是由於北大西洋及南冰洋之間的鹽分及溫差對流而觸發的。

溫鹽環流對氣候變遷有何影響？墨西哥灣暖流和北大西洋深層水的環流對歐洲的溫和氣候到底有何貢獻？目前電腦模擬的結果顯示，如果沒有溫鹽環流的話，那麼北大西洋地區會溫度下降很多，降溫的程度從歐洲內陸的幾度C到格陵蘭的100C，北海甚至到200C。溫鹽環流也讓北大西洋地區比相同緯度的太平洋地區溫暖。如此看來，溫鹽環流對人類生存影響甚大，至於全球暖化將如何影響溫鹽環流，這是目前研究上有待突破的挑戰。

參考資料：
1. United Nations Environment Programme 2007: Global Environment Outlook – environment for development (GEO-4). （中文版：聯合國環境規劃署2007：《全球環境展望4 ——旨在發展的環境》），第四章。（http://www.unep.org/geo/GEO4/report/GEO-4_Report_Full_CH.pdf）
2. 維基中文百科：溫鹽環流 （http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BA%AB%E9%B9%BD%E7%92%B0%E6%B5%81）
3. 維基英文百科：Thermohaline circulation （http://en.wikipedia.org/wiki/Thermohaline_circulation#Effects_on_global_climate）
4. Rahmstorf, S., 2003, The concept of the thermohaline circulation. Nature, vol. 421, p.699. （http://www.pik-potsdam.de/~stefan/Publications/Nature/nature_concept_03.pdf）

https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=38544