編者按：看寒來暑往雲捲雲舒，思古往今來氣候變遷，中科院之聲與中國科學院大氣物理研究所聯合開設「大氣悟理」，為大家介紹大氣裡發生的有趣故事，介紹一些與天氣、氣候和環境相關的知識。
斯裡蘭卡油輪失火，科研機構緊急評估
2020年9月3日，斯裡蘭卡海軍證實，當天凌晨在斯裡蘭卡東海岸約38公里海面，一艘滿載的油輪起火，船上23名船員中，1人失蹤（後證實死亡），1人受傷，目前多國船艦正在實施緊急救援。起火的油輪名為「新鑽石號」（New Diamond），長330米，為印度石油公司（Indian Oil Corporation）租用的超大型原油運輸船，事故發生時，滿載27萬噸，約200萬桶石油。
2020年9月3日，「新鑽石號」郵輪失火，斯裡蘭卡和印度等國實施緊急救援。新華社發（斯裡蘭卡空軍供圖）
油輪起火後，最大危險是發生原油洩漏導致汙染海洋和海岸環境。如果這艘油輪原油洩漏，將對斯裡蘭卡附近海域眾多海洋哺乳動物造成無可挽回的損失，尤其是稀有鯨類（如角島鯨，或也叫大村鯨），更是會對斯裡蘭卡旅遊業和經濟造成重創。
原油洩漏影響海洋環境，國際社會有慘重的教訓。1978年3月，法國布列塔尼半島沿海，受猛烈的海上風暴影響， 「Amoco Cadiz」 號超級油輪撞上巖礁，導致24.6萬噸原油洩露，長達19公裡的油膜帶被西北風吹向法國海岸，洩漏事件發生一個月後，油膜汙染了約320公裡的海岸線。1991年4月，因油輪缺乏維修，突發爆炸，「Mt Haven」號油輪在義大利附近海域失事，14.5萬噸原油洩漏，6人喪生，事故影響義大利和法國，受影響區域花了十多年時間才恢復了生態環境。2020年8月初，一艘名為MV Wakashio的日本散裝貨船在模里西斯的德斯尼角擱淺，大約1000噸燃油洩漏，衛星圖像顯示，漏油點附近海水已經由漂亮的藍綠色染成棕黑色。該區附近是全球著名的珊瑚礁和溼地保護區，屬於生物多樣性的熱點地區，這起事故導致模里西斯進入了環境緊急狀態，生態恢復估計將需要10年以上。
2020年8月6日，一艘名為MV Wakashio的日本散裝貨船在模里西斯的德斯尼角擱淺，大約1000噸燃油洩漏，汙染大片海域。（圖片來源：www.nature.com, Credit: Pierre Dalais/EPA-EFE/Shutterstock）
斯裡蘭卡附近油輪事故發生後，各個研究機構對於其潛在的影響進行緊急評估，如果發生原油洩露事故，原油會影響哪些區域？這些都需要進行提前的預判。在燃油洩漏事件的評估中，對于洋流的分析至關重要。
印度洋擁有獨特洋流
斯裡蘭卡所處的印度洋區域，擁有獨特的印度洋環流，與太平洋和大西洋的洋流分布截然不同。從印度洋北部到東南亞、東亞和澳大利亞的廣大區域是典型的季風區，季風的產生來自於不同氣壓帶和風帶的季節性移動，也主要來自於海陸熱力性質差異。大陸在夏季溫度比海洋高，在冬季比海洋溫度低，這就造成海陸熱力差異的季節性翻轉，導致盛行風方向季節性變化。
季風區在乾濕兩季（冷暖兩季）有截然相反的盛行風，每年從10月到來年的3-4月，亞洲大陸被強大的高壓所籠罩，強大的冷空氣從亞洲東部一路向南，在東南亞轉向西。在孟加拉灣盛行東北季風，形成了東北季風洋流。孟加拉灣的海水流向西南，繞過斯裡蘭卡島，經過阿拉伯海持續向西，沿索馬利亞半島東側南流，形成季節性寒流。海水向南與北赤道流（NEC）和南赤道流（SEC）流匯合向東，形成赤道逆流（ECC）。沿赤道東流至蘇門答臘島，驅動海洋形成逆時針大洋環流圈。
到了夏半年的5月份到9月份，亞洲大陸升溫形成強大的低層低壓，暖溼空氣從北非東部海洋一路向東，吹過南亞，在東南亞和南海向北轉向。因此，在印度洋西側，季風驅動南半球洋流越過赤道進入北印度洋，沿索馬利亞海岸向北流動，並逐漸向東偏轉。洋流經過阿拉伯海向東，繞過斯裡蘭卡島向東，在孟加拉灣東側南下，匯入赤道流向西流，使其得到加強。冬季的赤道逆流在夏季不復存在。於是，在北印度洋，海水沿順時針方向流動，驅動海洋形成順時針大洋環流。
印度洋冬季（1月）和夏季（7月）的洋流示意圖，其中SEC：南赤道流，NEC：北赤道流，ECC：赤道逆流，EAC：東阿拉伯洋流，Somali C.: 索馬利亞暖流，SWMC：西南季風流（圖片來源：Tomczak et al. (2003)）
洋流成因
上層的海洋環流主要由風驅動，變化快。深海環流由溫鹽驅動，這部分變化比較慢。二者相互結合，驅動了全球熱量的流動，維持全球的能量平衡。
影響海洋表層物質擴散的主要是上層的風驅環流。風驅環流是指由海洋盛行風驅動的大洋環流。全球大氣低層最強大穩定的盛行風主要是熱帶地區的偏東風（北半球東北信風和南半球東南信風）和中高緯度地區的西風帶。
在盛行風的驅動下，上層海洋在風驅動力、摩擦力（與運動反方向）和科裡奧利力（垂直於運動方向，北半球向右，南半球向左）三力作用的平衡中移動，這被稱作埃克曼輸送。這種機制驅動洋流向著垂直於風的方向產生淨輸送（北半球向右，南半球向左），從而導致在洋流中產生上翻流（向上運動）和下沉流（向下運動）。例如，在赤道地區，東風驅動的洋流向西流動過程中，向右偏轉，形成赤道地區輻散和上翻運動，從而形成赤道偏冷的海洋（形象地比喻為「冷舌」）；在副極地地區，強大的西風環流驅動的洋流向右側偏轉，形成副極地的上翻流，從而將底層營養物質上翻，在冷暖洋流匯合之處，形成全球漁業資源最豐富的區域（例如傳統四大漁場：秘魯漁場、北海道漁場、紐芬蘭漁場、北海漁場）。
全球海洋永無停息的運動，由一系列的緯向流（沿著東西的緯線方向，例如南北赤道流，南極繞極環流、北太平洋和北大西洋流等）、大洋東部邊界流（如加利福尼亞和智利/秘魯流）和西部邊界流（如黑潮流和墨西哥灣流）相互連接，從而形成異常強大和穩定的副熱帶環流圈和副極地環流圈。具體表現為：1）以北太平洋副熱帶為中心的順時針環流，2）以北太平洋副極地為中心的逆時針環流，3）以南太平洋副熱帶為中心的逆時針環流，4）以北大西洋副熱帶地區為中心的順時針環流，5）以北大西洋高緯度地區的逆時針環流和6）以南大西洋副熱帶地區為中心的逆時針環流，這些洋流相互連接將低緯度多餘的熱量向中高緯度輸送，從而平衡全球的能量平衡。由於表層環流依賴於大氣中的風場變化，因此其變化比較快，時間尺度相對於深層環流要短得多。
全球主要洋流分布，參考Delorme and Eddebbar (2016)
斯裡蘭卡油輪暫時安全，但需持續關注
如果這艘油輪的原油洩漏，將不僅是這一區域最大的環境危機，也將是全球最嚴重的環境危機之一。中科院大氣所海洋環境和大氣環流的數值模擬團隊啟動緊急預測響應，開展了油輪瞬時解體的假設情景模擬，數值模擬預測，近期一個月內斯裡蘭卡東南部海域以西南風為主，如果不幸原油洩漏，風向有利於溢油向離岸方向漂動，汙染物擴散方向也是以離岸為主，由於斯裡蘭卡東側的印度洋比較深，汙染物擴散速度相對快一些。
中科院大氣所海洋環流模式（LFS LICOM）9月3日預測的9月5日和9月6日斯裡蘭卡附近海域洋流分布，紅色點表示油輪失去動力的漂流位置 。
中國科研團隊第一時間將預測結果提交斯裡蘭卡相關機構，得到高度評價和認可。據最新消息報導，目前火勢得到控制，原油暫時安全。大氣所海洋環境和大氣環流的數值模擬團隊將持續關注相關變化，為「一帶一路」地區的緊急環境事件救援和應對提供預測服務。中科院「一帶一路」防災服務中長期天氣-氣候預測網絡項目（ANSO-MISSPAD）團隊提醒附近船舶應注意近期觀測及預測情況，提前規避相關海域，在實施救援和應對措施中，注意風向和洋流的變化，及時調整相關方案和措施。
2020年9月6日，失火油輪已經得到有效控制。新華社發（斯裡蘭卡空軍供圖）
ANSO-MISSPAD項目介紹：
「一帶一路」沿線的國家和地區，由於其特殊的地理位置、氣候環境和欠發達的經濟現狀，容易受颱風、暴雨、乾旱、風沙、熱浪、寒潮等氣象和氣候災害的影響。因此，「一帶一路」沿線國家加強中長期氣象預測和防災服務的能力建設，是這一區域應對自然災害和實現聯合國可持續發展目標的關鍵。
從2020年1月起，「一帶一路」國際科學組織聯盟(ANSO)啟動「一帶一路」防災服務中長期天氣-氣候預測網絡項目（Multi-model-Integrated Subseasonal-to-Seasonal Prediction and Application in Disaster Risk Reduction ，簡寫MISSPAD)，此項目第一階段執行期3年，將中國成熟的天氣、氣候、海洋和環境預測在「一帶一路」沿線國家共享與應用，通過與相關國家業務和科研部門的業務對接和數據共享，提高相關國家的氣象防災的能力，為民眾生命財產安全、糧食安全、生態環境健康和社會經濟穩定發展保駕護航，促進這一區域的可持續發展。通過示範性的運行，也將為「一帶一路」區域的科技合作探索新的形式和內容。
參考文獻：
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.
來源：中國科學院大氣物理研究所