Температура поверхности моря (или температура поверхности океана ) — это температура морской воды вблизи поверхности. Точное значение поверхности варьируется в литературе и на практике. Обычно она находится на глубине от 1 миллиметра (0,04 дюйма) до 20 метров (70 футов) ниже поверхности моря . Температура поверхности моря значительно изменяет воздушные массы в атмосфере Земли на небольшом расстоянии от берега. Термохалинная циркуляция оказывает большое влияние на среднюю температуру поверхности моря в большинстве мировых океанов. [2]
Теплые температуры поверхности моря могут образовывать и усиливать циклоны над океаном . Тропические циклоны также могут вызывать прохладный след. Это происходит из-за турбулентного перемешивания верхних 30 метров (100 футов) океана. Температура поверхности моря меняется в течение дня. Это похоже на воздух над ним, но в меньшей степени. В ветреные дни температура поверхности моря меньше, чем в спокойные дни.
Температура поверхности моря в прибрежной зоне может привести к тому, что ветры с берега сгенерируют апвеллинг , который может значительно охладить или нагреть близлежащие участки суши, но более мелкие воды над континентальным шельфом часто теплее. Береговые ветры могут вызвать значительное потепление даже в районах, где апвеллинг довольно постоянен, например, на северо-западном побережье Южной Америки . Его значения важны для численного прогнозирования погоды , поскольку температура поверхности моря влияет на атмосферу выше, например, на образование морских бризов и морского тумана .
Весьма вероятно, что глобальная средняя температура поверхности моря увеличилась на 0,88°C между 1850–1900 и 2011–2020 гг. из-за глобального потепления , причем большая часть этого потепления (0,60°C) произошла между 1980 и 2020 гг. [3] : 1228 Температура над сушей растет быстрее, чем температура океана . Это происходит потому, что океан поглощает около 90% избыточного тепла, генерируемого изменением климата . [4]
Температура поверхности моря (SST) или температура поверхности океана — это температура воды вблизи поверхности океана . Точное значение поверхности зависит от используемого метода измерения, но оно находится между 1 миллиметром (0,04 дюйма) и 20 метрами (70 футов) ниже поверхности моря .
Для сравнения, температура морской поверхности соответствует верхнему слою толщиной около 20 микрон океана.
Определение, предложенное МГЭИК для температуры поверхности моря, не указывает количество метров, а больше фокусируется на методах измерения: температура поверхности моря — это «температура подповерхностного слоя в верхних нескольких метрах океана, измеренная судами, буями и дрейфующими буями. [...] Спутниковые измерения температуры кожи (самый верхний слой; толщина доли миллиметра) в инфракрасном диапазоне или верхний сантиметр или около того в микроволновом диапазоне также используются, но их необходимо скорректировать, чтобы они были совместимы с температурой объема». [5] : 2248
Температура ниже этого уровня называется температурой океана или температурой более глубокого океана . Температура океана (более 20 метров ниже поверхности) также различается в зависимости от региона и времени, и она вносит вклад в изменения в тепловом содержании океана и его стратификацию . [3] Повышение как температуры поверхности океана, так и температуры более глубокого океана является важным следствием изменения климата для океанов . [3]
Протяженность поверхности океана вглубь океана зависит от количества перемешивания, которое происходит между поверхностными водами и более глубокими водами. Это зависит от температуры: в тропиках теплый поверхностный слой около 100 м довольно стабилен и не сильно смешивается с более глубокими водами, в то время как вблизи полюсов зимнее охлаждение и штормы делают поверхностный слой более плотным, и он смешивается на большой глубине, а затем снова расслаивается летом. Вот почему не существует простой единой глубины для поверхности океана . Фотическая глубина океана обычно составляет около 100 м и связана с этим нагретым поверхностным слоем. Она может достигать глубины около 200 м в открытом океане . [6] [7]
Температура поверхности моря (SST) имеет суточный диапазон , как и атмосфера Земли выше, хотя и в меньшей степени из-за ее большей тепловой инерции . [8] В спокойные дни температура может меняться на 6 °C (10 °F). [9] Температура океана на глубине отстает от температуры атмосферы Земли на 15 дней на 10 метров (33 фута), что означает, что для таких мест, как Аральское море , температура у его дна достигает максимума в декабре и минимума в мае и июне. [10] Вблизи береговой линии некоторые морские и прибрежные ветры перемещают теплые воды у поверхности в сторону от берега и заменяют их более холодной водой снизу в процессе, известном как перенос Экмана . Такая закономерность обычно увеличивает количество питательных веществ для морской жизни в регионе и может иметь сильное влияние в некоторых регионах, где придонные воды особенно богаты питательными веществами. [11] Вдали от берега речных дельт пресная вода течет поверх более плотной морской воды, что позволяет ей нагреваться быстрее из-за ограниченного вертикального перемешивания. [12] Дистанционно зондируемое SST может использоваться для обнаружения сигнатуры температуры поверхности из-за тропических циклонов . В целом, охлаждение SST наблюдается после прохождения урагана, в первую очередь в результате углубления смешанного слоя и потери поверхностного тепла. [13] В результате нескольких дневных вспышек пыли в Сахаре через прилегающую северную часть Атлантического океана температура поверхности моря снижается на 0,2–0,4 °C (0,3–0,7 °F). [14] Другие источники краткосрочных колебаний SST включают внетропические циклоны , быстрые притоки ледниковой пресной воды [15] и концентрированное цветение фитопланктона [16] из-за сезонных циклов или сельскохозяйственных стоков. [17] [ необходимо разъяснение ]
Тропический океан нагревается быстрее, чем другие регионы с 1950 года, с самыми высокими темпами потепления в тропической части Индийского океана, западной части Тихого океана и западных пограничных течениях субтропических круговоротов . [3] Однако восточная часть Тихого океана, субтропическая часть Северной Атлантики и Южный океан нагревались медленнее, чем в среднем по миру, или испытывали охлаждение с 1950-х годов. [3]
Океанические течения , такие как Атлантическое многодесятилетнее колебание , могут влиять на температуру поверхности моря в течение нескольких десятилетий. [18] Атлантическое многодесятилетнее колебание (AMO) является важным фактором SST Северной Атлантики и климата Северного полушария, но механизмы, контролирующие изменчивость AMO, остаются плохо изученными. [19] Внутренняя изменчивость атмосферы, изменения в циркуляции океана или антропогенные факторы могут контролировать многодесятилетнюю изменчивость температуры, связанную с AMO. [20] Эти изменения в SST Северной Атлантики могут влиять на ветры в субтропической части северной части Тихого океана и вызывать более теплые SST в западной части Тихого океана. [21]
Эль-Ниньо определяется длительными различиями в температурах поверхности Тихого океана по сравнению со средним значением. Принятое определение — потепление или похолодание не менее чем на 0,5 °C (0,9 °F) в среднем по восточно-центральной тропической части Тихого океана. Обычно эта аномалия случается с нерегулярными интервалами в 2–7 лет и длится от девяти месяцев до двух лет. [23] Средняя продолжительность периода составляет 5 лет. Когда это потепление или похолодание происходит всего в течение семи-девяти месяцев, оно классифицируется как «условия» Эль-Ниньо/Ла-Нинья; когда оно происходит дольше этого периода, оно классифицируется как «эпизоды» Эль-Ниньо/Ла-Нинья. [24]
Признаком Эль-Ниньо в температурном режиме поверхности моря является распространение теплой воды из западной части Тихого океана и Индийского океана в восточную часть Тихого океана. Она уносит с собой дождь, вызывая обширную засуху в западной части Тихого океана и осадки в обычно сухой восточной части Тихого океана. Теплый поток тропической воды с низким содержанием питательных веществ, вызванный Эль-Ниньо, нагретый его движением на восток в Экваториальном течении, заменяет холодную, богатую питательными веществами поверхностную воду течения Гумбольдта . Когда условия Эль-Ниньо длятся в течение многих месяцев, обширное потепление океана и сокращение восточных пассатов ограничивают подъем холодной, богатой питательными веществами глубинной воды, и его экономическое воздействие на местный промысел для международного рынка может быть серьезным. [25]
Среди ученых существует средняя степень уверенности в том, что тропическая часть Тихого океана перейдет к среднему режиму, напоминающему Эль-Ниньо, в масштабе столетия, но все еще существует высокая неопределенность в прогнозах температуры поверхности тропической части Тихого океана, поскольку сложно уловить изменчивость Эль-Ниньо в климатических моделях. [3]
В целом ученые прогнозируют, что все регионы океанов потеплеют к 2050 году, но модели расходятся во мнениях относительно изменений SST, ожидаемых в субполярной Северной Атлантике, экваториальной части Тихого океана и Южном океане. [3] Будущее глобальное среднее увеличение SST за период с 1995-2014 по 2081-2100 годы составляет 0,86°C при самых скромных сценариях выбросов парниковых газов и до 2,89°C при самых серьезных сценариях выбросов. [3]
Существует множество методов измерения этого параметра, которые могут потенциально давать разные результаты, поскольку на самом деле измеряются разные вещи. Вдали от непосредственной поверхности моря общие измерения температуры сопровождаются ссылкой на конкретную глубину измерения. Это связано с существенными различиями, возникающими между измерениями, сделанными на разных глубинах, особенно в дневное время, когда низкая скорость ветра и высокие условия солнечного сияния могут привести к образованию теплого слоя на поверхности океана и сильным вертикальным градиентам температуры (суточный термоклин ). [9] Измерения температуры поверхности моря ограничиваются верхней частью океана, известной как приповерхностный слой. [27]
Температура поверхности моря была одной из первых океанографических переменных, которые были измерены. Бенджамин Франклин подвесил ртутный термометр к кораблю во время путешествия между Соединенными Штатами и Европой во время своего исследования Гольфстрима в конце восемнадцатого века. SST позже измеряли путем погружения термометра в ведро с водой, которая вручную набиралась с поверхности моря. Первый автоматизированный метод определения SST был реализован путем измерения температуры воды в приемном отверстии больших кораблей, что было реализовано к 1963 году. Эти наблюдения имеют теплое смещение около 0,6 °C (1 °F) из-за тепла машинного отделения. [28]
Стационарные погодные буи измеряют температуру воды на глубине 3 метра (9,8 фута). Измерения SST были непоследовательными в течение последних 130 лет из-за способа их проведения. В девятнадцатом веке измерения проводились в ведре с корабля. Однако наблюдалось небольшое изменение температуры из-за различий в ведре. Образцы собирались либо в деревянном, либо в неизолированном брезентовом ведре, но брезентовое ведро охлаждалось быстрее, чем деревянное ведро. Внезапное изменение температуры между 1940 и 1941 годами было результатом недокументированного изменения процедуры. Образцы были взяты вблизи впускного отверстия двигателя, поскольку было слишком опасно использовать фонари для проведения измерений за бортом корабля ночью. [29]
В мире существует множество различных дрейфующих буев, которые различаются по конструкции, а также местоположение надежных датчиков температуры. Эти измерения передаются на спутники для автоматизированного и немедленного распространения данных. [30] Большая сеть прибрежных буев в водах США поддерживается Национальным центром данных буев (NDBC). [31] В период с 1985 по 1994 год в экваториальной части Тихого океана был развернут обширный массив заякоренных и дрейфующих буев, предназначенных для мониторинга и прогнозирования явления Эль-Ниньо . [32]
Метеорологические спутники были доступны для определения информации о температуре поверхности моря с 1967 года, а первые глобальные композиты были созданы в 1970 году. [33] С 1982 года [34] спутники все чаще использовались для измерения SST и позволили более полно рассмотреть его пространственные и временные изменения. Спутниковые измерения SST находятся в разумном согласии с измерениями температуры in situ . [35] Спутниковые измерения производятся путем зондирования излучения океана в двух или более длинах волн в пределах инфракрасной части электромагнитного спектра или других частей спектра, которые затем могут быть эмпирически связаны с SST. [36] Эти длины волн выбраны, потому что они:
Измеряемый спутником SST обеспечивает как синоптический обзор океана, так и высокую частоту повторных обзоров, [39] что позволяет изучать динамику верхнего слоя океана по всему бассейну , что невозможно с помощью кораблей или буев. Спутники SST с умеренной разрешающей способностью (MODIS) NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) предоставляют глобальные данные SST с 2000 года, доступные с задержкой в один день. Спутники GOES (геостационарные орбитальные спутники Земли) NOAA находятся на геостационарной орбите над Западным полушарием, что позволяет им предоставлять данные SST ежечасно с задержкой всего в несколько часов.
Существует несколько трудностей с абсолютными измерениями SST на основе спутников. Во-первых, в методологии инфракрасного дистанционного зондирования излучение исходит из верхней «кожи» океана , приблизительно верхней 0,01 мм или менее, что может не отражать объемную температуру верхнего метра океана в первую очередь из-за эффектов нагрева солнечной поверхности в дневное время, отраженного излучения, а также ощутимых потерь тепла и испарения поверхности. Все эти факторы несколько затрудняют сравнение спутниковых данных с измерениями с буев или судовых методов, усложняя усилия по наземной проверке. [40] Во-вторых, спутник не может смотреть сквозь облака, создавая прохладное смещение в спутниковых SST в облачных областях. [9] Однако пассивные микроволновые методы могут точно измерять SST и проникать через облачный покров. [36] В каналах атмосферного зондирования на метеорологических спутниках , которые находятся чуть выше поверхности океана, знание температуры поверхности моря важно для их калибровки. [9]
Температура поверхности моря влияет на поведение атмосферы Земли выше, поэтому их инициализация в атмосферных моделях важна. Хотя температура поверхности моря важна для тропического циклогенеза , она также важна для определения образования морского тумана и морских бризов. [9] Тепло от нижележащих более теплых вод может значительно изменить воздушную массу на расстояниях от 35 километров (22 мили) до 40 километров (25 миль). [41] Например, к юго-западу от внетропических циклонов Северного полушария изогнутый циклонический поток, переносящий холодный воздух через относительно теплые водоемы, может привести к узким полосам снега с эффектом озера (или эффекта моря). Эти полосы приносят сильные локализованные осадки , часто в виде снега , поскольку крупные водоемы, такие как озера, эффективно хранят тепло, что приводит к значительным перепадам температур — более 13 °C (23 °F) — между поверхностью воды и воздухом над ней. [42] Из-за этой разницы температур тепло и влага переносятся вверх, конденсируясь в вертикально ориентированных облаках, которые производят снежные ливни. Уменьшение температуры с высотой и глубина облаков напрямую зависят как от температуры воды, так и от крупномасштабной среды. Чем сильнее падает температура с высотой, тем выше становятся облака и тем больше становится количество осадков. [43]
Температура океана не менее 26,5 °C (79,7 °F ), охватывающая как минимум 50- метровую глубину, является одним из предшественников, необходимых для поддержания тропического циклона (типа мезоциклона ). [44] [45] Эти теплые воды необходимы для поддержания теплого ядра , которое питает тропические системы. Это значение значительно превышает 16,1 °C (60,9 °F), долгосрочную глобальную среднюю температуру поверхности океанов. [46] Однако это требование можно считать лишь общей базовой линией, поскольку оно предполагает, что окружающая атмосферная среда, окружающая область возмущенной погоды, представляет собой средние условия. Тропические циклоны усиливались, когда SST были немного ниже этой стандартной температуры.
Известно, что тропические циклоны формируются даже тогда, когда не выполняются нормальные условия. 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 требуется определенная скорость градиента , чтобы заставить атмосферу быть достаточно нестабильной для конвекции. Во влажной атмосфере эта скорость градиента составляет 6,5 °C/км, тогда как в атмосфере с относительной влажностью менее 100 % требуемая скорость градиента составляет 9,8 °C/км. [47]
На уровне 500 гПа температура воздуха в тропиках в среднем составляет −7 °C (18 °F), но воздух в тропиках на этой высоте обычно сухой, что дает воздуху пространство для влажного термометра или охлаждается по мере увлажнения до более благоприятной температуры, которая затем может поддерживать конвекцию. Температура влажного термометра на уровне 500 гПа в тропической атмосфере составляет −13,2 °C (8,2 °F), чтобы инициировать конвекцию, если температура воды составляет 26,5 °C (79,7 °F), и это температурное требование увеличивается или уменьшается пропорционально на 1 °C в температуре поверхности моря для каждого изменения 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 требованием для развития. Однако, когда сухой воздух находится на той же высоте, температуры на уровне 500 гПа должны быть еще холоднее, поскольку сухая атмосфера требует большего градиента для нестабильности, чем влажная атмосфера. [48] [49] На высотах около тропопаузы 30-летняя средняя температура (измеренная в период с 1961 по 1990 год) составляла -77 °C (-132 °F). [50] Одним из примеров тропического циклона, поддерживающего себя над более прохладными водами, был Эпсилон в конце сезона ураганов в Атлантике в 2005 году . [51]
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления океанических и атмосферных исследований .