编者按：看寒来暑往云卷云舒，思古往今来气候变迁，中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理”，为大家介绍大气里发生的有趣故事，介绍一些与天气、气候和环境相关的知识。
斯里兰卡油轮失火，科研机构紧急评估
2020年9月3日，斯里兰卡海军证实，当天凌晨在斯里兰卡东海岸约38公里海面，一艘满载的油轮起火，船上23名船员中，1人失踪（后证实死亡），1人受伤，目前多国船舰正在实施紧急救援。起火的油轮名为“新钻石号”（New Diamond），长330米，为印度石油公司（Indian Oil Corporation）租用的超大型原油运输船，事故发生时，满载27万吨，约200万桶石油。
2020年9月3日，“新钻石号”邮轮失火，斯里兰卡和印度等国实施紧急救援。新华社发（斯里兰卡空军供图）
油轮起火后，最大危险是发生原油泄漏导致污染海洋和海岸环境。如果这艘油轮原油泄漏，将对斯里兰卡附近海域众多海洋哺乳动物造成无可挽回的损失，尤其是稀有鲸类（如角岛鲸，或也叫大村鲸），更是会对斯里兰卡旅游业和经济造成重创。
原油泄漏影响海洋环境，国际社会有惨重的教训。1978年3月，法国布列塔尼半岛沿海，受猛烈的海上风暴影响， “Amoco Cadiz” 号超级油轮撞上岩礁，导致24.6万吨原油泄露，长达19公里的油膜带被西北风吹向法国海岸，泄漏事件发生一个月后，油膜污染了约320公里的海岸线。1991年4月，因油轮缺乏维修，突发爆炸，“Mt Haven”号油轮在意大利附近海域失事，14.5万吨原油泄漏，6人丧生，事故影响意大利和法国，受影响区域花了十多年时间才恢复了生态环境。2020年8月初，一艘名为MV Wakashio的日本散装货船在毛里求斯的德斯尼角搁浅，大约1000吨燃油泄漏，卫星图像显示，漏油点附近海水已经由漂亮的蓝绿色染成棕黑色。该区附近是全球著名的珊瑚礁和湿地保护区，属于生物多样性的热点地区，这起事故导致毛里求斯进入了环境紧急状态，生态恢复估计将需要10年以上。
2020年8月6日，一艘名为MV Wakashio的日本散装货船在毛里求斯的德斯尼角搁浅，大约1000吨燃油泄漏，污染大片海域。（图片来源：www.nature.com, Credit: Pierre Dalais/EPA-EFE/Shutterstock）
斯里兰卡附近油轮事故发生后，各个研究机构对于其潜在的影响进行紧急评估，如果发生原油泄露事故，原油会影响哪些区域？这些都需要进行提前的预判。在燃油泄漏事件的评估中，对于洋流的分析至关重要。
印度洋拥有独特洋流
斯里兰卡所处的印度洋区域，拥有独特的印度洋环流，与太平洋和大西洋的洋流分布截然不同。从印度洋北部到东南亚、东亚和澳大利亚的广大区域是典型的季风区，季风的产生来自于不同气压带和风带的季节性移动，也主要来自于海陆热力性质差异。大陆在夏季温度比海洋高，在冬季比海洋温度低，这就造成海陆热力差异的季节性翻转，导致盛行风方向季节性变化。
季风区在干湿两季（冷暖两季）有截然相反的盛行风，每年从10月到来年的3-4月，亚洲大陆被强大的高压所笼罩，强大的冷空气从亚洲东部一路向南，在东南亚转向西。在孟加拉湾盛行东北季风，形成了东北季风洋流。孟加拉湾的海水流向西南，绕过斯里兰卡岛，经过阿拉伯海持续向西，沿索马里半岛东侧南流，形成季节性寒流。海水向南与北赤道流（NEC）和南赤道流（SEC）流汇合向东，形成赤道逆流（ECC）。沿赤道东流至苏门答腊岛，驱动海洋形成逆时针大洋环流圈。
到了夏半年的5月份到9月份，亚洲大陆升温形成强大的低层低压，暖湿空气从北非东部海洋一路向东，吹过南亚，在东南亚和南海向北转向。因此，在印度洋西侧，季风驱动南半球洋流越过赤道进入北印度洋，沿索马里海岸向北流动，并逐渐向东偏转。洋流经过阿拉伯海向东，绕过斯里兰卡岛向东，在孟加拉湾东侧南下，汇入赤道流向西流，使其得到加强。冬季的赤道逆流在夏季不复存在。于是，在北印度洋，海水沿顺时针方向流动，驱动海洋形成顺时针大洋环流。
印度洋冬季（1月）和夏季（7月）的洋流示意图，其中SEC：南赤道流，NEC：北赤道流，ECC：赤道逆流，EAC：东阿拉伯洋流，Somali C.: 索马里暖流，SWMC：西南季风流（图片来源：Tomczak et al. (2003)）
洋流成因
上层的海洋环流主要由风驱动，变化快。深海环流由温盐驱动，这部分变化比较慢。二者相互结合，驱动了全球热量的流动，维持全球的能量平衡。
影响海洋表层物质扩散的主要是上层的风驱环流。风驱环流是指由海洋盛行风驱动的大洋环流。全球大气低层最强大稳定的盛行风主要是热带地区的偏东风（北半球东北信风和南半球东南信风）和中高纬度地区的西风带。
在盛行风的驱动下，上层海洋在风驱动力、摩擦力（与运动反方向）和科里奥利力（垂直于运动方向，北半球向右，南半球向左）三力作用的平衡中移动，这被称作埃克曼输送。这种机制驱动洋流向着垂直于风的方向产生净输送（北半球向右，南半球向左），从而导致在洋流中产生上翻流（向上运动）和下沉流（向下运动）。例如，在赤道地区，东风驱动的洋流向西流动过程中，向右偏转，形成赤道地区辐散和上翻运动，从而形成赤道偏冷的海洋（形象地比喻为“冷舌”）；在副极地地区，强大的西风环流驱动的洋流向右侧偏转，形成副极地的上翻流，从而将底层营养物质上翻，在冷暖洋流汇合之处，形成全球渔业资源最丰富的区域（例如传统四大渔场：秘鲁渔场、北海道渔场、纽芬兰渔场、北海渔场）。
全球海洋永无停息的运动，由一系列的纬向流（沿着东西的纬线方向，例如南北赤道流，南极绕极环流、北太平洋和北大西洋流等）、大洋东部边界流（如加利福尼亚和智利/秘鲁流）和西部边界流（如黑潮流和墨西哥湾流）相互连接，从而形成异常强大和稳定的副热带环流圈和副极地环流圈。具体表现为：1）以北太平洋副热带为中心的顺时针环流，2）以北太平洋副极地为中心的逆时针环流，3）以南太平洋副热带为中心的逆时针环流，4）以北大西洋副热带地区为中心的顺时针环流，5）以北大西洋高纬度地区的逆时针环流和6）以南大西洋副热带地区为中心的逆时针环流，这些洋流相互连接将低纬度多余的热量向中高纬度输送，从而平衡全球的能量平衡。由于表层环流依赖于大气中的风场变化，因此其变化比较快，时间尺度相对于深层环流要短得多。
全球主要洋流分布，参考Delorme and Eddebbar (2016)
斯里兰卡油轮暂时安全，但需持续关注
如果这艘油轮的原油泄漏，将不仅是这一区域最大的环境危机，也将是全球最严重的环境危机之一。中科院大气所海洋环境和大气环流的数值模拟团队启动紧急预测响应，开展了油轮瞬时解体的假设情景模拟，数值模拟预测，近期一个月内斯里兰卡东南部海域以西南风为主，如果不幸原油泄漏，风向有利于溢油向离岸方向漂动，污染物扩散方向也是以离岸为主，由于斯里兰卡东侧的印度洋比较深，污染物扩散速度相对快一些。
中科院大气所海洋环流模式（LFS LICOM）9月3日预测的9月5日和9月6日斯里兰卡附近海域洋流分布，红色点表示油轮失去动力的漂流位置 。
中国科研团队第一时间将预测结果提交斯里兰卡相关机构，得到高度评价和认可。据最新消息报道，目前火势得到控制，原油暂时安全。大气所海洋环境和大气环流的数值模拟团队将持续关注相关变化，为“一带一路”地区的紧急环境事件救援和应对提供预测服务。中科院“一带一路”防灾服务中长期天气-气候预测网络项目（ANSO-MISSPAD）团队提醒附近船舶应注意近期观测及预测情况，提前规避相关海域，在实施救援和应对措施中，注意风向和洋流的变化，及时调整相关方案和措施。
2020年9月6日，失火油轮已经得到有效控制。新华社发（斯里兰卡空军供图）
ANSO-MISSPAD项目介绍：
“一带一路”沿线的国家和地区，由于其特殊的地理位置、气候环境和欠发达的经济现状，容易受台风、暴雨、干旱、风沙、热浪、寒潮等气象和气候灾害的影响。因此，“一带一路”沿线国家加强中长期气象预测和防灾服务的能力建设，是这一区域应对自然灾害和实现联合国可持续发展目标的关键。
从2020年1月起，“一带一路”国际科学组织联盟(ANSO)启动“一带一路”防灾服务中长期天气-气候预测网络项目（Multi-model-Integrated Subseasonal-to-Seasonal Prediction and Application in Disaster Risk Reduction ，简写MISSPAD)，此项目第一阶段执行期3年，将中国成熟的天气、气候、海洋和环境预测在“一带一路”沿线国家共享与应用，通过与相关国家业务和科研部门的业务对接和数据共享，提高相关国家的气象防灾的能力，为民众生命财产安全、粮食安全、生态环境健康和社会经济稳定发展保驾护航，促进这一区域的可持续发展。通过示范性的运行，也将为“一带一路”区域的科技合作探索新的形式和内容。
参考文献：
1. Delorme, B., and Eddebbar, Y. (2016). Ocean Circulation and Climate: An Overview, pp. 12-19.
2. Shenoi, S., Saji, P.K., and Almeida, A.M. (1999). Near-Surface Circulation and Kinetic Energy in the Tropical Indian Ocean Derived from Lagrangian Drifters. Journal of Marine Research 57, https://doi.org/10.1357/002224099321514088.
3. Tomczak, Matthias & J Stuart Godfrey: Regional Oceanography: an Introduction 2nd edn (2003) xi 390p.
来源：中国科学院大气物理研究所
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