巴拿馬運河像“橋樑”

　　到過巴拿馬的遊客一定不會錯過親眼目睹“世界七大工程奇蹟”之一的巴拿馬運河的風采。它的一個奇異之處在於，其大部分河段竟然高出海面近26米，船隻通過運河如同通過一座高架的水橋，在太平洋一端升起近26米才能駛入運河，到大西洋一端之後則必須下降近26米才能駛離運河。巴拿馬運河讓船翻過了山越過了嶺，從太平洋跨到了大西洋，所以巴拿馬運河也有“世界橋樑”之美譽。

　　只是連通兩個大洋，爲什麼不直接挖通巴拿馬地峽而要費這麼大的勁讓河“翻山越嶺”呢?事實上，巴拿馬運河在開工之初，的確是打算直接挖通地峽的，但在100多年前的施工條件下，要把那些山體挖開，其工程量大到驚人。而且，還有一個更嚴重的問題擺在施工者面前，那就是，巴拿馬地峽臨太平洋一端的海面，其水位比大西洋一端高出幾十釐米，而在高潮時更是會高出5～6米。運河一旦建成，由於兩端落差大，河水流速極快，會對運河中航行的船隻造成危險。於是，建設者只能將工程改建成如今的水閘提升式運河，讓船隻通過船閘上下通航。

　　很多人會想不明白，既然地球上的大洋都是連通的，爲什麼不同地方的海面還會有如此落差呢?爲什麼海水不是均勻的“鋪”在地球表面?海面不“平”蘊含着大自然怎樣的玄機?這還需要對各種自然地理因素一一剖析。

　　海平面其實很複雜

　　其實，海平面並是不平的，其高低起伏是很複雜的。只是由於人們在海洋上的視野有限，才以爲海洋的水面似乎是平的。

　　20世紀60年代以來，根據衛星對地面重力異常測量等資料，科學家爲人們展示了一幅令人驚奇的全球海洋水準面的畫面。海面有“水山”、“水谷”，也有“漩渦”。日本東北部的海面要高出平均海平面78米;北大西洋凸出區域的海面，高出平均海平面61米;馬達加斯加島以南海面，高出平均海平面56米;非洲西部加納附近海面，高出平均海平面31米。

　　海面除了隆起的“水山”外，還有凹陷區域。印度洋馬爾代夫羣島附近，海面低於平均海平面113米;在加勒比海，海面低於平均海平面68米;美國加利福尼亞以西的太平洋，海面低於平均海平面56米;在著名的百慕大三角區，海面低於平均海平面64米;新西蘭東南部，海面低於平均海平面73米。此外，在巴西沿海和非洲佛得角羣島附近海面，也有隆起或凹陷15米左右的幾個區域。由於海平面凹凸的變化在1000千米以上的廣泛範圍內逐漸變化，所以不容易被航海者察覺。

　　既然全球各地的海面不是一樣平的，那麼我們平時所說的海平面就不是指任意一個地方的海面了，而且所謂的平均海平面也是不存在的，因爲海洋的表面從來也不會靜止，是處於不停的運動狀態，隨着不同的緯度、洋流和潮汐變化而變化。因此，如何選取海平面是人爲設定的，各國一般都有自己的標準，我國1987年規定將青島驗潮站1952年1月1日～1979年12月31日所測定的黃海平均海水面作爲全國海拔的起算面。我國各地面點的海拔，均指由黃海平均海平面起算的高度。而英國的海拔基準面叫作紐林軍事基準面，是指大不列顛島西海岸紐林港在1915年至1921年間的平均海平面。許多國家有兩個海岸線，如美國和印度，他們通常有兩個或兩個以上的基準面。

　　那麼，如此起伏不平的海“平”面是怎麼形成的?

　　水溫和鹽度的共同作用

　　我們知道，海水是含有鹽分的，而不同海域所含鹽分是不同的。溫度高的海域海水的溶解度會比溫度低的海域大，也就是說同樣質量的海水中可以溶解更多的鹽。在氣溫高、淡水補充少的海域，鹽度的增加會更加顯著。海水鹽度變大之後，密度也會隨之變大，水面便會稍微降低。

　　爲什麼海水密度大的海域水面高度會更低呢?地球上的海洋是現實生活中一個巨大的連通器，因爲雖然其上部被陸地或島嶼隔開，但下部卻是相連通的。那麼哪片海域密度大，那片海域的水面便低。

　　一般來說，在地球上，南北緯30°附近的副熱帶海域海水密度會比較大，因爲這些地方不僅氣溫高，而且終年少雨，導致海水蒸發量大於降水量，海水鹽度很大，從而海水密度大。例如，紅海位於副熱帶高壓帶附近，其海水密度是地球上的海洋中最大的。在蘇伊士運河開通前，海水通過地面滲透和地下水作用，已經基本具有連通器效應，紅海的海平面低於地中海的海平面。蘇伊士運河開通後，這個連通器效應更加明顯，導致紅海的水平面更加低於地中海水平面。

　　而在連接大西洋和地中海直布羅陀海峽兩側，地中海海水的水位要比大西洋的偏低，因爲地中海地區夏季受副熱帶高氣壓帶的控制，降水量小，蒸發量大，再加上流入地中海的河流較少，地中海海水的鹽度比大西洋高、密度大。由於海峽兩側水位的偏差，海水在直布羅陀海峽形成了密度流，在水面至400米深處海水由大西洋向地中海流，而400米以下海水由地中海向大西洋流。二戰時期，德國潛水艇就曾利用密度流躲避盟軍設在直布羅陀海峽的雷達監測，多次進出地中海。德國的潛水艇在潛出地中海時，關閉發動機，降至海面以下比較深的地區，順着洋流流出地中海到大西洋;而從大西洋回到地中海的時候，又將潛水艇升到比較淺的地區，關閉發動機，順着表層洋流再流回到地中海。這樣就躲避了英美盟軍的偵察。

　　巴拿馬運河的兩邊連接着太平洋和大西洋，在運河的太平洋一側，雨量十分充沛，因此，其太平洋一側比大西洋一側，每立方厘米的表層海水鹽度要低約0.001克。因此太平洋一側水面比大西洋一側要高些，高度差大約在20～50釐米之間。

　　洋流帶動了太平洋凹凸不平

　　洋流是海洋表面大規模的海水運動。全球大氣環流所造成的盛行風常年吹拂海面，推動海水流動，並使上層海水帶動下層海水流動，由此形成洋流。正常情況下，太平洋海面便是典型的“西高東低”，因爲赤道以北的太平洋洋麪長年吹東北信風，將表層海水帶動起來，形成由東到西的北赤道海流;赤道以南洋麪則受東南信風影響，形成東到西的南赤道海流。這兩股海流讓太平洋海面變成“西高東低”。

　　那麼，巴拿馬運河一側的太平洋洋麪爲何又比較高呢?這是因爲，太平洋的南北赤道流之間，海水將反向自西向東流動，以補充大洋東部因赤道海流帶走的海水，從而形成一支自西向東運動的表層海流，被稱爲赤道逆流。太平洋赤道逆流分爲兩支，其中的北赤道逆流，是世界大洋中最強的一支赤道逆流。它從菲律賓外海直達巴拿馬灣“尋根”，對巴拿馬運河太平洋一端水位的升高起到了推波助瀾的作用。而在巴拿馬運河的大西洋一側，海流沿着巴拿馬北側海域向外流向墨西哥灣，屬於離岸流，使巴拿馬運河大西洋一側沿岸水域的水位降低。這也是形成巴拿馬運河兩側的水位差的另一個原因。

　　全球氣候並不是一成不變的，在某些年份，一些極端的氣候事件會改變地球上空的氣壓，進而對盛行風的風向或強度產生影響。比如爲人熟知的“厄爾尼諾”和“拉尼娜”現象。“厄爾尼諾”出現的年份，東太平洋氣壓下降，西太平洋氣壓上升。由於東西方氣壓差的減小使得赤道東風和東南信風減弱，此時中太平洋改吹西風。於是，太平洋東西兩側高度差減小，甚至變成“西高東低”。“拉尼娜”出現的年份情況正好相反，東太平洋氣壓升得更高，西太平洋氣壓降得更低，使得赤道東風和東南信風變得更強。太平洋東西部高度差將加大。

　　海底起伏，海面也起伏

　　我們知道，海底世界並不是平坦的，在海水的掩蓋之下分佈着高聳的海山、起伏的海丘、綿延的海嶺、深邃的海溝，也有坦蕩的深海盆地等海底地形。海底地形不同，同樣會對海面高度產生不同的影響。一般來說，海底山脈所對應的海面高度會高，相反海溝、海盆等負地形所對應的海面高度會低。因爲在地球外部，離地心越近，引力越大，海底地形相對高的地方，其上面覆蓋的海水所受到的引力，小於地形相對低處海水所受的引力，從而其海面會較高。

　　科學家們使用雷達(無線電)高度計測量，發現在大西洋海面不同海域存在着高度差，甚至在美國南卡羅萊納州和波多黎各島之間比較小的海域內，也存在着高度差，這與海域內的地形有關。比如，同是大西洋海域，波多黎各海下是一片凹地，因而這一地區的海面就比周圍地區明顯要低;而巴西東部由於海下有一座3500米的海嶺，所以這裏的海面就比其他地區要高。

　　最近，中國科學家在海底地形對南海海面高度影響的研究中，利用美國普林斯頓大學的海洋模式，對陡峭、光滑、平坦和中間4種海底地形進行了數值試驗後發現，在8°N以北的南海中部和北部深海海盆中，海面高度下降;在8°N以南的淺水區中，海面高度上升。這次研究同時發現了海底地形還會對海水溫度產生很重要的影響，深海海盆區域是冷水區，海底山脈或丘陵區域則是暖水區，而海水溫度通過對鹽度的影響亦會對海面高度產生影響。

　　引潮力拉扯着海水

　　說到影響海面不平的因素，我們不能不提引潮力，引潮力是月球、太陽的萬有引力和與之對應的慣性力的合力。而引潮力非地球之力所能控制的。海水在日、月持久的引潮力作用下海面週期性地升降、漲落與進退。

　　當月球運動到太陽和地球中間，三者呈一條直線時，地球上面對月球的一面同時受到來自太陽和月球的引潮力，此時海水的水位最高，爲大潮;背對月球的一面受到的是離心力的作用，也形成大潮。太陽、地球、月球三者垂直時，太陽與月球引潮力對海水的影響最小，形成小潮;背對月球一面同樣是由於離心力的作用，亦形成小潮。由於月球不停地繞着地球公轉，且週期恆定，因而大小潮週期性出現。

　　在地球上看來，在引潮力作用下，以正、反垂點爲中心的海水朝向和背向月球(或太陽)隆起，也被稱爲潮汐隆起，都是海面的向上升高;在距正、反垂點最遠的地方，指向地心的引潮力使那裏的海面下降，形成水位特低的地帶。

　　潮汐現象的出現使地球上的海面高度節律性地變化，因此，在考慮全球範圍內海面不平的現象時，不能不將潮汐現象納入考慮範圍。

　　多因素綜合影響下的結果

　　引起海面不平的因素很多。目前普遍認爲，在人爲影響下，全球氣候變暖，海平面正在上升，但事實上，就像海平面高度會變一樣，地殼也同樣如此。某一點的實際海平面高度是如何變化的，要取決於全球海平面的變化值和當地地殼的升降值，兩者綜合計算後的數值纔是我們需要的答案。地殼升降包括地質構造引起的地殼垂直升降、冰川、水、沉積物的均衡作用和地層壓實作用等導致的地殼升降。因而不同地點由於地殼升降的不同，海平面的變化情況也不盡相同。相同地點的海面高度也不是一成不變的，還要隨着季節的變化而變化。

　　衆所周知，全球海面高度對於引航、導航、航空、地圖製作、海洋圖表和地質的研究是一項至關重要的數據，同時也是測量氣候變化的重要依據。而海平面如此複雜的變化爲測量帶來了很多麻煩，要想對全球海面高度實現精準地測量是非常困難的。好在有了先進的全球導航衛星系統(GNSS)，這個系統把美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛星導航系統，以及相關的增強系統，如美國的WAAS(廣域增強系統)、歐洲的EGNOS(歐洲靜地導航重疊系統)和日本的MSAS(多功能運輸衛星增強系統)等，全部匯合在一起，可以多層面、多模式地測量全球海平面，再將所得數據輸入計算機，就可得到一張非常精準的全球海面高度圖。