大海的探戈

如果說潮汐是大海的呼吸、海流是大海的血脈、波浪是大海的喧鬧，渦旋便是大海的舞蹈——狂熱旋轉大步滑移的探戈。

換言之，大海的渦旋正如原始野性的探戈，是一股圓柱狀水團恐怖、瘋狂的旋轉，能量巨大、有排山倒海之勢。自古以來，卷入旋渦就被人們視為滅頂之災。

不過，這探戈又如大海的健身舞。它和潮汐、海流、波浪一起，使大海免成死水，永保活力和健康。

海峽漩渦

漩渦和渦旋都是指大氣或水流中旋轉的圓柱狀流體，統而稱之也無不可。有人把海峽層流中出現的旋轉水團稱為漩渦，把大洋湍流中出現的旋轉水團叫作渦旋，僅此而已。

意大利本土亞平寧半島和西西里島之間有個墨西拿海峽，海峽里有個兇險的卡里布迪斯大漩渦。自古以來，無數船只和水手葬身于此。希臘神話中說，是海中女妖塞壬用美色和歌聲誘惑了水手，致使航船沉沒；如果水手們用蠟封住耳朵不為所動，即可安然通過。

挪威的佛羅埃島和羅。弗敦島之間有個薩特峽灣，峽灣中有個狂暴的麥爾斯特倫大漩渦。直徑十余米的喇叭狀大旋渦一面驚心動魄地嘶鳴，一面高速旋轉。任何靠近的船只、盤旋其上的海鳥瞬間便被吸進，即刻便沒了蹤影。

不過，也正因為驚險的薩特峽灣和麥爾斯特倫大漩渦，才成就了北歐海盜橫行歐洲300年(約公元800～1100年)的“偉業”。所謂“窮山惡水出刁民”，這里的峽灣既是海盜們休養生息的家園，又是他們獨特輕窄的戰船高舉龍旗自由馳騁的基地，更是任何膽敢剿滅他們的來犯之敵的地獄。

日本瀨戶內海與紀伊水道匯合處、德島縣的鳴門與淡路島之間有個鳴門海峽。海峽里一個大漩渦接著一個大漩渦，飛速旋轉驚天動地，最大者直徑可達20米。大漩渦的上方即鳴門橋，“渦之道”是位于橋面下部的步行游覽道，長約450米。透過玻璃，游人可以在震天的轟鳴聲中近距離觀察翻天覆地的大漩渦。雖然位于橋上十分安全，觀者仍不免心驚膽戰，惟恐落入其中。

諸如此類的漩渦還有加拿大維多利亞和美國安吉利斯之間的胡安德雷卡海峽漩渦、英國蘇格蘭西海岸的侏羅海峽漩渦等等。

這些大漩渦都是海峽里巨大圓柱狀水體的狂暴旋轉，破壞力巨大，令人驚駭。它們的共同特點是高速度和永駐性，常年可見。

中尺度渦旋

如同小巫之見大巫，更巨大的渦旋則是直徑數十乃至數百千米的大洋渦旋。其尺度比大洋環流小、比常見漩渦大，因而被稱為中尺度渦旋。它是更瘋狂的舞者，動若閃電，來如風去無影。

20世紀50年代以前，經典的物理海洋學認為：大洋表層只有波浪和穩定的環流，內部的海流微弱，深處海水基本穩定；表層的波浪和海流由風的持續作用產生，正所謂風生水起。

1958年，英國海洋學家斯羅華用自由漂浮監測系統監測百慕大海域的底層海流。結果震驚了海洋學界：海流速度比人們預料的快10多倍!傳統的風生海流理論根本無法解釋該種現象。這是大洋渦旋首次被發現。

1973年，美國發射了載人的“天空實驗室”。利用這座航天器，宇航員們拍攝到了墨西哥以東熱帶海域中的大渦旋。這個大渦旋縱橫60～80千米，冷海水從100多米深處不斷上涌。

后來人們知道，大洋里的中尺度渦旋旋轉速度為5～50厘米／秒，移動的速度為每天2～10千米；從出現到消失，短的只有十幾天，長的可達一兩年。其旋轉方向既有順時針的，也有逆時針的。而且，大渦旋中往往套著無數小渦旋。

澳大利亞以東、距悉尼約100千米的海中，有個直徑約200千米、深度為800～1000米的超大渦旋。那是一個熱核渦旋，逆時針旋轉，是迄今人類發現的最大中尺度渦旋。

1978年，科學家發現：西班牙和葡萄牙沿岸、深度超過800米處有一個神秘的“地中海渦旋”。那是一個高溫高鹽的水下渦旋，渦旋中溫度較高的咸水來自地中海，故而得名“地中海渦旋”。其直徑約100千米、厚度一般為600米左右，含有10億噸咸水。

被稱為“魔鬼三角”的百慕大海域和墨西哥灣流區，從斯羅華開始到1973年，就發現了154個反氣旋式大洋渦旋。眾所周知，無數艦船飛機和生命葬身于此。

大洋渦旋的身影遍布各處。除了規模超大、壽命有限之外，它還具有隨機性強、能量巨大等特點。根據物理海洋學家的估算，其蘊涵的動能竟占了大洋總動能的90％以上，遠遠大于海流。

成因溯源

關于大海渦旋生成和消失的機理，至今仍是不解之謎。目前主要有以下幾種解釋：

吸血鬼說經典流體力學認為，渦旋是在湍流中隨機形成的，其能量從主流獲得。最近，北京大學和美國霍普金斯大學的學者們通過實驗和數值模擬發現，渦旋的形成過程像吸血鬼：大渦旋把小渦旋的能量搶奪過來，通過不斷“吸血”維持其存在。渦旋消失時則相反，能量從大渦旋向小渦旋傳遞，最終轉化成熱能。這種機理有利于建立更好的計算模型，更精確地預測和理解大海渦旋、颶風和氣象變化。

蝴蝶效應說這種觀點認為：一切混沌或非線性系統，對于初始值的微小變化十分敏感。一只蝴蝶翅膀的擾動，往往導致各種因素的交互疊加，可能導致大范圍長期結果的巨大差異。三維流場構成了物理空間的一個非線性系統。若中尺度渦旋的下層流體呈渦旋或反渦旋，且伴有水平輻合或擴散的轉動，就會同時螺旋上升或下沉；其上層流體則呈反渦旋或渦旋，形成三維渦旋結構。

引力及地球自轉說這種觀點認為，由于太陽和月球對地球的萬有引力以及地球自轉產生的科里奧利力，當太陽和月球在地球的同一側或位于近地點時，海水將由高緯度區向低緯度區流動，亦即往赤道聚集成洋流。倘若表層洋流的彎曲過大，有些水團極易與母體海流脫離，形成獨立的渦旋流，一面旋轉一面前進。

內波孤立子說臺灣中山大學和中興大學的專家們通過鋁粉微粒追蹤法內波水槽實驗，確認在大洋內波孤立子的傳播過程中，所產生的擾動可導致海水強烈輻合擴散。通過海脊時則會引發渦旋。而且無論上舉型還是下沉型孤立內波，都會引發渦旋場。

溫差鹽差說美國特拉華大學、加州理工學院及中國海洋大學的教授們借助星載傳感器研究“地中海渦旋”。他們認為由于地中海的水溫低(年平均13.5℃)、鹽度高、密度大，大西洋水溫高(年平均17℃)、鹽度低、密度小，地中海的水團從直布羅陀海峽進入大西洋后將下沉到160米以下，大西洋海水則從上層流入地中海，因而形成許多不斷向西旋轉的渦旋，其存活期可達兩年以上。它們彼此疊加，進而形成超大的、在水下延伸數百英里的地中海渦旋。

海峽摩擦說海峽中靠近海岸的水要比中央的水流動得慢，是因為受到海岸的摩擦阻力。如果海峽本身就呈曲線狀，曲線外側的水通常比曲線內側的水流動得慢。海峽底部的地形一般很復雜，巖石等障礙物及島嶼同樣會產生摩擦阻力，導致海水流速上的差異。這些都會在海峽中產生漩渦。這種觀點可以解釋海峽漩渦的生成。

功不可沒

渦旋是大海瘋狂、恐怖的探戈。然而，對于海洋、地球乃至我們這個星球上的生靈來說，渦旋作用巨大、功勞卓著。

渦旋的特點是：渦心的圓周速度為零，動能最小、勢能最大；自渦心向外，圓周速度先與半徑成正比，達到最大值后，再與半徑成反比。因此，渦旋就有兩種：一種自上而下把溫度高的海面水不斷卷入海底，這是熱核渦旋；另一種自下而上把溫度低的海底水不斷翻上海面，被稱為冷核渦旋。而且，熱核渦旋和冷核渦旋常常毗鄰共生。于是，渦旋便能讓大海“沸騰”——產生了翻江倒海的攪拌、循環作用。

這種攪拌和循環使大海具有了多種作用：

營養供給器渦旋與海流一起，利用攪拌作用將海洋深處相對較冷且富含微生物和硅藻類營養的水送到海面。在陽光的照射下，浮游生物迅猛增長，小甲殼及小魚蝦類因而繁衍起來，巨鯨大魚等等也追逐而來，整個海洋食物鏈便活躍起來、生機勃勃。簡言之，渦旋是海洋食物鏈最基本的營養供給器之一，有效提高了海洋生產力。

熱量調節泵作為海洋循環系統的重要部分，渦旋有助于海洋熱量對氣候的調節作用。因為僅海洋表層3米內的海水所含的熱量，就相當于整個大氣層的總和。

澳大利亞科學家肯·里奇威等發現：南半球海洋渦旋之間有一個連接紐帶，形成一個全球規模的超級大渦旋和“深海通道”。它在三大洋之間輸送海水，把熱帶的海洋熱量輸送到極地，幫助平衡氣候系統。比如，西太平洋暖流就將熱量從太平洋傳輸到印度洋，再傳輸到北大西洋。北大西洋的“副熱帶渦旋環流”，則和墨西哥灣流一起，把溫暖海水往北傳輸，使歐洲地區的氣溫上升了大約5~C。

攪拌增氧機不言而喻，飛速旋轉的渦旋劇烈擾動了海水，有利于海水吸收、溶解更多的氧氣。這對于困擾太平洋西北沿岸的氧不足問題不無益處。另外，前述熱核渦旋在把溫度高的海面表層水不斷卷入海底的同時，也就把富含在表層水中的空氣尤其是氧氣輸送到海底，增加了底層海水中的氧氣，避免了海底低氧水團和海面災害性赤潮的發生。

垃圾輸送帶美國加利福尼亞州和夏威夷之間的一個大洋渦旋，竟能將數千英里以外的垃圾逐漸地“吸”過來，形成一個“塑料垃圾大陸”。其面積竟有6個英國大!在這個新大陸的形成過程中，大洋渦旋和海洋環流起到了令人驚異的收集和輸運作用。

未解的謎團

渦旋這種大海的探戈，仍然是當代最難解答的科學謎團之一。更廣義地說，從地球的河流、湖泊、海洋、大氣、磁流體到茫茫宇宙間的射線輻射、電磁場、引力場甚至星云、黑洞等等，渦旋無時不有無處不在。諸如此類的渦旋究竟是因何而生因何而逝?為何來元蹤去無影?如此巨大的能量又從何而來?一個接一個的盡是不解之謎。

盡管許多流體力學、物理海洋學、大氣物理學、空氣動力學、天體物理學等方面的專家都在研究渦旋，人類目前對它們的認識依然非常有限。

著名的物理學家、量子力學的奠基人海森堡的博士畢業論文就是關于湍流的。晚年時的他曾經說過，見了上帝之后，“我會向他提出兩個問題。第一個：為什么會出現相對性?第二個：為什么會出現湍流紊亂(包括渦旋)?我想，上帝或許會給出第一個問題的答案”。

言外之意，關于湍流和渦旋的許多奧秘，上帝也未必知道。

責任編輯 趙 菲