Температура Поверхностных Вод Мирового Океана

Введение

Температура воды вблизи поверхности океана

Температура поверхности моря (SST), или температура поверхности океана, – это температура океана вблизи поверхности. Точное определение поверхности варьируется в научной литературе и на практике. Обычно она измеряется на глубине до нескольких метров под поверхностью моря. Температура поверхности моря оказывает значительное влияние на воздушные массы в атмосфере Земли вблизи береговой линии. В пределах холодной воздушной массы, полосы интенсивного снегопада могут формироваться под воздействием теплых водных масс, расположенных с наветренной стороны. Теплая температура поверхности моря способствует развитию и усилению циклонов над океаном. Тропические циклоны могут вызывать понижение температуры воды, обусловленное турбулентным перемешиванием верхнего слоя океана. Температура поверхности моря изменяется в течение суток, подобно температуре воздуха над ней, но в меньшей степени. В ветреную погоду колебания температуры поверхности моря менее выражены, чем в безветренную. Термохалинная циркуляция оказывает существенное влияние на среднюю температуру поверхности моря в большинстве океанов мира. Прибрежные значения SST могут вызывать образование апвеллинга под воздействием прибрежных ветров, что приводит к значительному охлаждению или потеплению прилегающих территорий. Однако, более мелкие воды над континентальным шельфом часто теплее. Прибрежные ветры могут вызывать значительное потепление даже в районах с устойчивым апвеллингом, например, на северо-западном побережье Южной Америки. Значения SST важны для численного прогнозирования погоды, поскольку влияют на атмосферу, например, при формировании морского бриза и морского тумана. С высокой вероятностью, глобальная средняя температура поверхности моря увеличилась на 0,88°C в период с 1850–1900 по 2011–2020 годы в результате глобального потепления, причем большая часть этого потепления (0,60°C) произошла в период с 1980 по 2020 год. Температура на суше растет быстрее, чем температура океана, поскольку океан поглощает около 90% избыточного тепла, образующегося в результате изменения климата.

Определения

Температура поверхности моря (SST), или температура поверхности океана, – это температура воды вблизи поверхности океана. Точное значение термина "поверхность" варьируется в зависимости от используемого метода измерения, но обычно находится на расстоянии от поверхности моря до нескольких метров вглубь. Определение, предложенное МГЭИК для температуры поверхности моря, не указывает конкретное количество метров, а фокусируется на методах измерения: температура поверхности моря – это "температура основного объема воды в верхних нескольких метрах океана, измеряемая судами, буями и дрейфующими устройствами. [ ] Также используются спутниковые измерения температуры поверхностной пленки (верхний слой, толщиной в долю миллиметра) в инфракрасном диапазоне или верхнего сантиметра или около того в микроволновом диапазоне, но эти данные должны быть скорректированы для соответствия температуре основного объема воды". Температура на большей глубине называется температурой океана или температурой глубинного океана. Температура океана (более 20 метров ниже поверхности) также меняется в зависимости от региона и времени и влияет на изменения в теплоемкости океана и его стратификацию.

Местные изменения

SST имеет суточный диапазон, как и атмосфера Земли, хотя и в меньшей степени из-за большей тепловой инерции. В спокойные дни температура может колебаться. Вблизи побережья некоторые от берега и вдоль берега дующие ветры перемещают теплые поверхностные воды в открытое море, заменяя их более холодной водой из глубины посредством процесса, известного как транспорт Экмана. Этот механизм обычно увеличивает содержание питательных веществ для морской жизни в регионе и может оказывать значительное влияние в некоторых областях, где донные воды особенно богаты питательными веществами. Вблизи дельт рек пресная вода течет поверх более плотной морской воды, что позволяет ей быстрее нагреваться из-за ограниченного вертикального перемешивания. Дистанционное зондирование SST может использоваться для обнаружения температурной сигнатуры, вызванной тропическими циклонами. В целом, после прохождения урагана наблюдается понижение SST, главным образом из-за углубления приповерхностного слоя и потерь тепла с поверхности. После нескольких дней переноса пыли из Сахары над прилегающей северной частью Атлантического океана температура поверхности моря снижается на 0,2–0,4 °C. Другие источники краткосрочных колебаний SST включают внетропические циклоны, быстрый приток ледниковой пресной воды и концентрированное цветение фитопланктона, вызванное сезонными циклами или сельскохозяйственным стоком. С 1950 года тропический океан нагревается быстрее, чем другие регионы, при этом наибольшие темпы потепления наблюдаются в тропической части Индийского океана, западной части Тихого океана и западных пограничных течениях субтропических круговоротов. Атлантическая мультидекадная осцилляция (АМО) является важным фактором, определяющим SST в Северной Атлантике и климат Северного полушария, однако механизмы, контролирующие изменчивость АМО, остаются недостаточно изученными. Внутренняя изменчивость атмосферы, изменения в океанической циркуляции или антропогенные факторы могут контролировать многодесятилетнюю изменчивость температуры, связанную с АМО. Эти изменения SST в Северной Атлантике могут влиять на ветры в субтропической части Северной Тихоокеанской зоны и приводить к повышению SST в западной части Тихого океана.

The SST has a diurnal range, just like the Earth's atmosphere above, though to a lesser degree due to its greater thermal inertia. On calm days, the temperature can vary by Near the coastline, some offshore and longshore winds move the warm waters near the surface offshore, and replace them with cooler water from below in the process known as Ekman transport. This pattern generally increases nutrients for marine life in the region, and can have a profound effect in some regions where the bottom waters are particularly nutrient rich. Offshore of river deltas, freshwater flows over the top of the denser seawater, which allows it to heat faster due to limited vertical mixing. Remotely sensed SST can be used to detect the surface temperature signature due to tropical cyclones. In general, an SST cooling is observed after the passing of a hurricane, primarily as the result of mixed layer deepening and surface heat losses. In the wake of several day long Saharan dust outbreaks across the adjacent northern Atlantic Ocean, sea surface temperatures are reduced 0.2 C to 0.4 C (0.3 to 0.7 F). Other sources of short term SST fluctuation include extratropical cyclones, rapid influxes of glacial fresh water and concentrated phytoplankton blooms due to seasonal cycles or agricultural run off. The tropical ocean has been warming faster than other regions since 1950, with the greatest rates of warming in the tropical Indian Ocean, western Pacific Ocean, and western boundary currents of the subtropical gyres. The Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) is an important driver of North Atlantic SST and Northern Hemisphere climate, but the mechanisms controlling AMO variability remain poorly understood. Atmospheric internal variability, changes in ocean circulation, or anthropogenic drivers may control the multidecadal temperature variability associated with AMO. These changes in North Atlantic SST may influence winds in the subtropical North Pacific and produce warmer SSTs in the western Pacific Ocean.

Региональные различия

Эль-Ниньо определяется как продолжительные отклонения температуры поверхности Тихого океана от среднего значения. Принятое определение – потепление или похолодание как минимум на 0,5 °C в среднем по восточно-центральной тропической части Тихого океана. Как правило, эта аномалия возникает через нерегулярные промежутки времени от 2 до 7 лет и длится от девяти месяцев до двух лет. Средняя продолжительность периода составляет 5 лет. Если это потепление или похолодание длится всего семь-девять месяцев, оно классифицируется как «условия» Эль-Ниньо/Ла-Нинья; если же оно продолжается дольше, то классифицируется как «эпизод» Эль-Ниньо/Ла-Нинья. Признаком Эль-Ниньо в структуре температуры поверхности моря является распространение теплой воды с западной части Тихого и Индийского океанов на восточную часть Тихого океана. Вместе с ней перемещаются дожди, вызывая сильную засуху в западной части Тихого океана и обильные осадки в обычно сухой восточной части. Теплый приток Эль-Ниньо, состоящий из тропических вод, бедных питательными веществами, нагревается при движении на восток в Экваториальном течении и заменяет холодные, богатые питательными веществами поверхностные воды Гумбольдтовского течения. Когда условия Эль-Ниньо сохраняются в течение многих месяцев, значительное потепление океана и ослабление пассатов ограничивают подъём холодных, богатых питательными веществами глубинных вод, что может серьезно повлиять на местный промысел и международную торговлю рыбой. Среди ученых существует умеренная уверенность в том, что тропическая часть Тихого океана перейдет к среднему состоянию, напоминающему Эль-Ниньо, в масштабе столетий, однако прогнозы температуры поверхности Тихого океана остаются крайне неопределенными из-за сложности воспроизведения изменчивости Эль-Ниньо в климатических моделях.

Недавний рост из-за изменения климата

В целом, ученые прогнозируют потепление во всех регионах Мирового океана к 2050 году, однако модели расходятся в оценках изменений температуры поверхности моря, ожидаемых в субполярной части Северной Атлантики, экваториальной зоне Тихого океана и в Южном океане.

Термометры

SST была одной из первых океанографических переменных, которые начали измерять. Бенджамин Франклин подвесил ртутный термометр с корабля во время своего путешествия между Соединенными Штатами и Европой, проводя исследования Гольфстрима в конце восемнадцатого века. Позже SST измеряли, опуская термометр в ведро с водой, которое вручную набирали с морской поверхности. Первый автоматизированный метод определения SST был реализован путем измерения температуры воды в водозаборном отверстии крупных судов, что стало возможным к 1963 году. Эти наблюдения имеют положительное смещение примерно на [значение] из-за тепла машинного отделения. Фиксированные метеорологические буи измеряют температуру воды на глубине. Измерения SST имели непоследовательность в течение последних 130 лет из-за методов их получения. В девятнадцатом веке измерения проводились с использованием ведра, опущенного с корабля. Однако наблюдалась небольшая разница в температуре из-за различий в ведрах. Образцы набирали в деревянные или неизолированные холщовые ведра, но холщовое ведро остывало быстрее, чем деревянное. Резкое изменение температуры между 1940 и 1941 годами было вызвано незадокументированным изменением методики. Образцы брались вблизи водозаборника двигателя, поскольку использование освещения для измерений с борта судна ночью было слишком опасно. В мире существует множество различных дрейфующих буев различной конструкции, и местоположение надежных датчиков температуры варьируется. Эти данные передаются на спутники для автоматизированного и мгновенного распространения. Обширная сеть прибрежных буев в водах США поддерживается Национальным центром данных буев (NDBC). В период с 1985 по 1994 год в экваториальной части Тихого океана была развернута масштабная сеть закрепленных и дрейфующих буев, предназначенная для мониторинга и прогнозирования явления Эль-Ниньо.

Тропические циклоны

Температура океана не менее 26,5 °C (79,7 °F), простирающаяся на глубину не менее 50 метров, является одним из необходимых условий для поддержания тропического циклона (тип мезоциклона). Эти теплые воды необходимы для поддержания теплого ядра, обеспечивающего энергией тропические системы. Это значение значительно превышает 16,1 °C (60,9 °F) – долгосрочную глобальную среднюю температуру поверхности океанов. Однако это требование следует рассматривать лишь как общую отправную точку, поскольку оно предполагает, что окружающая атмосферная среда в районе возмущения погоды характеризуется средними условиями. Тропические циклоны могут усиливаться даже при температурах поверхности моря (SST) немного ниже этой стандартной величины. Известно, что тропические циклоны формируются даже при несоблюдении нормальных условий. Например, более низкие температуры воздуха на большей высоте (например, на уровне 500 гПа или 5,9 км) могут привести к тропическому циклогенезу при более низких температурах воды, поскольку для возникновения конвекции требуется определенный градиент температуры. В влажной атмосфере этот градиент составляет 6,5 °C/км, а в атмосфере с относительной влажностью менее 100% – 9,8 °C/км. На уровне 500 гПа средняя температура воздуха в тропиках составляет −7 °C (18 °F), но воздух в тропиках обычно сухой на этой высоте, что позволяет ему охлаждаться при увлажнении до более благоприятной температуры, способствующей конвекции. Для инициирования конвекции при температуре воды 26,5 °C (80 °F) требуется температура влажного термометра 13,2 °C (8 °F) на уровне 500 гПа, и это требование увеличивается или уменьшается пропорционально на 1 °C в температуре поверхности моря при каждом изменении на 1 °C на уровне 500 гПа. Внутри холодного циклона температура на уровне 500 гПа может опускаться до −30 °C (22 °F), что может инициировать конвекцию даже в самых сухих атмосферах. Это также объясняет, почему влажность в средних слоях тропосферы, примерно на уровне 500 гПа, обычно является необходимым условием для развития. Однако, если на той же высоте обнаружен сухой воздух, температуры на уровне 500 гПа должны быть еще ниже, поскольку сухие атмосферы требуют большего градиента температуры для возникновения неустойчивости, чем влажные. На высотах вблизи тропопаузы 30-летняя средняя температура (измеренная в период с 1961 по 1990 год) составляла −77 °C (−132 °F). Одним из примеров тропического циклона, поддерживающего себя над более прохладными водами, был циклон «Эпсилон» в конце сезона атлантических ураганов 2005 года.

Ocean temperature of at least 26.5°C (79.7°F) spanning through at minimum a 50 metre depth is one of the precursors needed to maintain a tropical cyclone (a type of mesocyclone). These warm waters are needed to maintain the warm core that fuels tropical systems. This value is well above 16.1 °C (60.9 °F), the long term global average surface temperature of the oceans. However, this requirement can be considered only a general baseline because it assumes that the ambient atmospheric environment surrounding an area of disturbed weather presents average conditions. Tropical cyclones have intensified when SSTs were slightly below this standard temperature. Tropical cyclones are known to form even when normal conditions are not met. For example, cooler air temperatures at a higher altitude (e. g., at the 500 hPa level, or 5.9 km) can lead to tropical cyclogenesis at lower water temperatures, as a certain lapse rate is required to force the atmosphere to be unstable enough for convection. In a moist atmosphere, this lapse rate is 6.5 °C/km, while in an atmosphere with less than 100% relative humidity, the required lapse rate is 9.8 °C/km. At the 500 hPa level, the air temperature averages −7 °C (18 °F) within the tropics, but air in the tropics is normally dry at this height, giving the air room to wet bulb, or cool as it moistens, to a more favorable temperature that can then support convection. A wet bulb temperature at 500 hPa in a tropical atmosphere of 13.2 °C (8 °F) is required to initiate convection if the water temperature is 26.5 °C (80 °F), and this temperature requirement increases or decreases proportionally by 1 °C in the sea surface temperature for each 1 °C change at 500 hpa. Inside a cold cyclone, 500 hPa temperatures can fall as low as 30 °C ( 22 °F), which can initiate convection even in the driest atmospheres. This also explains why moisture in the mid levels of the troposphere, roughly at the 500 hPa level, is normally a requirement for development. However, when dry air is found at the same height, temperatures at 500 hPa need to be even colder as dry atmospheres require a greater lapse rate for instability than moist atmospheres. At heights near the tropopause, the 30 year average temperature (as measured in the period encompassing 1961 through 1990) was −77 °C (−132 °F). One example of a tropical cyclone maintaining itself over cooler waters was Epsilon late in the 2005 Atlantic hurricane season.