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，一艘满载的油轮当天上午在距离斯里兰卡东海岸约38公里的海面上起火。船上23名船员中，1人失踪(后确认死亡)，1人受伤。目前，多国船只正在进行紧急救援。起火的油轮名为“新钻石”，长330米，是印度石油公司租赁的超大型原油运输船。事故发生时，它装载了27万吨，约200万桶石油。
2020年9月3日，邮轮“新钻石”号起火，斯里兰卡、印度等国实施紧急救援。新华社发(斯里兰卡空军供图)
油轮着火后，最大的危险是溢油会污染海洋和海岸环境。如果这艘油轮的石油泄漏，将对斯里兰卡附近海域的许多海洋哺乳动物造成不可挽回的损失，尤其是珍稀鲸鱼(如好望角岛鲸，或大村鲸)，也将对斯里兰卡的旅游业和经济造成重创。
漏油影响海洋环境，国际社会吸取了沉重的教训。1978年3月，在法国布列塔尼半岛沿岸，“阿莫科卡迪兹”号超级油轮撞上岩礁，导致24.6万吨原油泄漏。19公里长的油膜带被西北风吹到了法国海岸。漏油一个月后，油膜污染了大约320公里的海岸线。1991年4月，由于缺乏维护，“Mt Haven”号油轮在意大利附近海域突然发生爆炸，14.5万吨原油泄漏，造成6人死亡。事故波及意大利和法国，受灾地区用了十几年时间才恢复生态环境。2020年8月初，一艘名为MV Wakashio的日本散货船在毛里求斯德斯尼角搁浅，约1000吨燃料油泄漏。卫星图像显示，漏油附近的海水已经从美丽的蓝绿色染成了棕黑色。附近地区是世界著名的珊瑚礁和湿地保护区，是生物多样性的热点。这起事故导致毛里求斯进入环境紧急状态，生态修复估计需要10年以上。
2020年8月6日，一艘名为MV Wakashio的日本散货船在毛里求斯德斯尼角搁浅，约1000吨燃油泄漏，污染了大片海域。(资料来源：Credit : Pierre Dalais/EPA-EFE/Shutterstock，www.nature.com)
附近的斯里兰卡发生油轮事故后，各研究机构对其潜在影响进行了紧急评估。如果发生溢油，原油会影响哪些区域？这些都需要提前预测。在燃料泄漏评估中，海流分析非常重要。
印度洋拥有独特洋流
斯里兰卡地处印度洋地区，有独特的印度洋环流，与太平洋和大西洋的洋流分布完全不同。从北印度洋到东南亚、东亚和澳大利亚的广大地区是典型的季风区。季风来自不同气压带和风区的季节性运动，也主要来自陆地和海洋热力性质的差异。大陆夏季温度比海洋高，冬季温度比海洋低，造成海陆热力差异的季节性逆转，造成盛行风向的季节性变化。
季风区在潮湿和干燥季节(寒冷和温暖季节)有截然相反的盛行风。每年的10月到次年的3月到4月，亚洲大陆被一股强大的高气压笼罩，强冷空气在东南亚从亚洲的东部转向西部南下。孟加拉湾盛行东北季风，形成东北季风流。孟加拉湾海水向西南流动，绕过斯里兰卡岛，继续向西穿过阿拉伯海，沿索马里半岛东侧向南流动，形成季节性寒流。海水向南流动，向东与北赤道流(NEC)和南赤道流(SEC)汇合，形成赤道逆流(ECC)。它沿着赤道向东流向苏门答腊，带动海洋形成逆时针的海洋环流圈。
夏季后半段的5-9月，亚洲大陆升温形成强烈的低层低压。暖湿气流从北非东海向东流动，吹过南亚，在东南亚和南海转向北。因此，在印度洋西侧，季风驱使南半球海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。洋流向东流经阿拉伯海，绕过斯里兰卡岛，在孟加拉湾东侧南下，与赤道汇合，向西流动，使其加强。冬季的赤道逆流在夏季消失。于是，在北印度洋，海水顺时针流动，带动海洋形成顺时针海洋环流。
冬季(1月)和夏季(7月)印度洋海流图，其中SEC:南赤道流，NEC:北赤道流，ECC:赤道逆流，EAC:东阿拉伯流，索马里C.索马里暖流，SWMC:西南季风流(图片来源：Tomczak等.
洋流成因
上层海洋环流主要由风驱动，变化很快。深海环流是由温暖的盐驱动的，这种盐变化缓慢。它们的结合驱动了全球热流，维持了全球能量平衡。
上层的风生环流是影响海洋表层物质扩散的主要因素。风驱动环流是指由
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
