流体力学与气候大观——为什么加州的海滩更舒服？

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由于夏天寒流对海风的制冷效果比冬季更加显著，更能减少海岸空气的湿度。这也就是地中海气候夏天干燥的一大原因。

此外，寒流的形成更为夏天降温不少，可谓是天然的空调机。当国内各地陆续出现红橙黄绿青蓝紫各色 高温 预警时，加州海滩上的人们正晒着太阳欣赏着 红橙黄绿青蓝紫各色比基尼呢 。

三、不仅仅是寒流——全球变暖为什么值得关注？

虽然寒流在很大程度上决定了地中海气候的形成，但寒流主要是由于海水因温度差和风力驱动产生的。事实上让海水动起来的主要因素主要有以下几点：

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1. 潮汐力 。其他星球 （主要是月球） 对不同深度的 地球海水的万有引力不同，造成引力差，这就是涨潮和退潮的产生原因。
   

2. 风力 。“风波”一词的出现，或许就是因为风能产生波浪的缘故。
   

3. 海水温度差 。海水温度能影响海水密度。水不仅能往低处流，它也能往低密度的地方运动 （渗透） 。

4. 海水盐度差 。海水盐度也能影响海水密度。

5. 地球自转 。由于不同纬度地区离地球自转轴距离不同，它们的转动速度也不同，因此产生了一种自东向西的水平偏转力，这种偏转力又叫做 科里奥利力 （Coriolis Force） 。科里奥利力正是北半球环流呈顺时针，南半球呈逆时针的原因，因为纬度越低，海水的水平相对速度越快。

甚至还包括别的因素，例如海洋生物圈和海底地震等，但主要因素就是上面五种。不过 五个影响因素已经很复杂了，我们得想想办法“偷工减料”。如果主要考虑 风力 、 海水温度差 和 科里奥利力 ，就产生了上一小节中提到的海水表面环流图；另一种科学界中非常重要的海洋运动叫做 热盐环流 （Thermohaline Circulation） ，顾名思义，它主要考虑了 海水温度差 、 海水盐度差 和 科里奥利力 的作用。值得注意的是，由于不同深度的海水也存在浓度差，海盐环流其实是三维流体模型，这和上一节中的表面洋流有很大区别。

和表面洋流的另一区别是，热盐环流是全球性的，并且其循环周期很长，可以达到1000年。热盐环流图像就像一条彩带一样非常漂亮，如下图：

有文（温）又有颜（盐），造就了全球性的海洋大运输

除了颜值高以外，热盐环流因为带动了全球海水之间的交换，把深海中的营养带到了浅海，它在维持地球生态平衡上起到了非常关键的作用。关于热盐环流的数学模型很丰富，例如[4]、[5]和六。特别是文献[5]的第六章或[6]的第六章，作者对热盐环流建立了深刻的流体力学模型，得到了非常精彩的结论。该模型如下：

看到秀色可餐的方程组，数学家们已经感到酒过三巡了。但事实上光有方程是不够的，因为未知变量有五个，方程却只有四个，因此我们需要 对𝜌 （海水密度，压强p是已知函数） 做出合理假设 （线性假设，又名 Boussinesq假设 ） ：

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