Температура поверхности моря ( SST ), или температура поверхности океана , — это температура океана вблизи поверхности. Точное значение слова «поверхность» варьируется в литературе и на практике. Обычно он находится на глубине от 1 миллиметра (0,04 дюйма) до 20 метров (70 футов) ниже поверхности моря . Температура поверхности моря сильно изменяет воздушные массы в атмосфере Земли на небольшом расстоянии от берега. Локальные участки сильного снегопада могут образовываться полосами с подветренной стороны от теплых водоемов внутри холодной воздушной массы. Теплая температура поверхности моря может привести к развитию и усилению циклонов над океаном. Специалисты называют этот процесс тропическим циклогенезом . Тропические циклоны также могут вызвать 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 колебания температуры поверхности моря меньше, чем в спокойные дни. Океанские течения , такие как Атлантическое многодесятилетнее колебание , могут влиять на температуру поверхности моря в течение нескольких десятилетий. [1] Термохалинная циркуляция оказывает большое влияние на среднюю температуру поверхности моря в большинстве океанов мира.
Прибрежные ТПМ могут вызвать апвеллинг прибрежных ветров , который может значительно охлаждать или нагревать близлежащие массивы суши, но более мелкие воды над континентальным шельфом часто бывают 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 прогноза погоды, поскольку ТПО влияет на атмосферу над головой, например, при формировании морских бризов и морского тумана . Он также используется для калибровки измерений метеорологических спутников .
Весьма вероятно, что глобальная средняя температура поверхности моря увеличилась на 0,88°C в период с 1850–1900 по 2011–2020 годы из-за глобального потепления , причем большая часть этого потепления (0,60°C) произошла в период с 1980 по 2020 год. [2] : 1228 Земля Температура поверхности растет быстрее, чем температура океана , поскольку океан поглощает около 92% избыточного тепла, образующегося в результате изменения климата . [3]
Температура поверхности моря (SST), или температура поверхности океана, — это температура воды вблизи поверхности океана . Точное значение слова «поверхность» варьируется в зависимости от используемого метода измерения, но оно находится на глубине от 1 миллиметра (0,04 дюйма) до 20 метров (70 футов) ниже поверхности моря .
В определении, предложенном МГЭИК для температуры поверхности моря, не указывается количество метров, а больше внимания уделяется методам измерения: Температура поверхности моря — это «температура подповерхностного объема в верхних нескольких метрах океана, измеряемая кораблями, буями и дрифтерами. [ ...] Спутниковые измерения температуры кожи (самый верхний слой; толщина доли миллиметра) в инфракрасном диапазоне или верхний сантиметр или около того в микроволновой печи также используются, но их необходимо отрегулировать, чтобы они были совместимы с общей температурой». [4] : 2248
Температура ниже этой температуры называется температурой океана или температурой более глубоких слоев океана . Температура океана (более 20 метров ниже поверхности) также варьируется в зависимости от региона и времени и способствует изменениям в теплосодержании океана и его стратификации . [2] Повышение температуры как на поверхности океана, так и на глубине океана является важным воздействием изменения климата на океаны . [2]
Протяженность поверхности океана вглубь океана зависит от степени смешивания поверхностных и более глубоких вод. Это зависит от температуры: в тропиках теплый поверхностный слой около 100 м вполне устойчив и мало смешивается с более глубокими водами, тогда как вблизи полюсов зимнее похолодание и штормы делают поверхностный слой более плотным и он перемешивается на большую глубину, а затем Летом снова расслаивается . Вот почему не существует простой единой глубины поверхности океана . Фотическая глубина океана обычно составляет около 100 м и связана с этим нагретым поверхностным слоем. В открытом океане глубина может достигать примерно 200 м . [5] [6]
ТПО имеет суточный диапазон , как и земная атмосфера выше, хотя и в меньшей степени из-за ее большей тепловой инерции . [7] В безветренные дни температура может меняться на 6 °C (10 °F). [8] Температура океана на глубине отстает от температуры атмосферы Земли на 15 дней на каждые 10 метров (33 фута), что означает, что в таких местах, как Аральское море , температура у его дна достигает максимума в декабре и минимума в мае и Июнь. [9] Вблизи береговой линии некоторые морские и прибрежные ветры перемещают теплые воды у поверхности в море и заменяют их более прохладной водой снизу в процессе, известном как транспорт Экмана . Эта закономерность обычно увеличивает количество питательных веществ для морской жизни в регионе и может иметь глубокие последствия в некоторых регионах, где придонные воды особенно богаты питательными веществами. [10] У берегов дельт рек пресная вода течет поверх более плотной морской воды, что позволяет ей нагреваться быстрее из-за ограниченного вертикального перемешивания. [11] Дистанционное измерение ТПО может использоваться для обнаружения температурных показателей поверхности, вызванных тропическими циклонами . В целом после прохождения урагана наблюдается похолодание ТПО, прежде всего за счет углубления перемешанного слоя и поверхностных теплопотерь. [12] После нескольких дневных вспышек пыли из Сахары в прилегающей северной части Атлантического океана температура поверхности моря снизилась на 0,2–0,4 C (0,3–0,7 F). [13] Другие источники краткосрочных колебаний ТПМ включают внетропические циклоны , быстрый приток ледниковой пресной воды [14] и концентрированное цветение фитопланктона [15] из-за сезонных циклов или сельскохозяйственных стоков. [16] [ нужны разъяснения ]
Тропический океан нагревается быстрее, чем другие регионы с 1950 года, при этом наибольшие темпы потепления наблюдаются в тропической части Индийского океана, западной части Тихого океана и западных пограничных течениях субтропических круговоротов . [2] Однако восточная часть Тихого океана, субтропическая часть Северной Атлантики и Южный океан нагреваются медленнее, чем в среднем по миру, или испытывают похолодание с 1950-х годов. [2]
Атлантическое многодесятилетнее колебание (АМО) является важной движущей силой североатлантического ТПМ и климата Северного полушария, но механизмы, контролирующие изменчивость АМО, остаются плохо изученными. [17] Внутренняя изменчивость атмосферы, изменения в циркуляции океана или антропогенные факторы могут контролировать многодесятилетнюю изменчивость температуры, связанную с АМО. [18] Эти изменения ТПО в Северной Атлантике могут влиять на ветры в субтропической части северной части Тихого океана и вызывать более теплые ТПО в западной части Тихого океана. [19]
Эль-Ниньо определяется длительными различиями температур поверхности Тихого океана по сравнению со средним значением. Принятое определение представляет собой 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 возникает с нерегулярными интервалами в 2–7 лет и длится от девяти месяцев до двух лет. [21] Средняя продолжительность периода составляет 5 лет. Когда это потепление или похолодание происходит всего семь-девять месяцев, оно классифицируется как «условия» Эль-Ниньо/Ла-Нинья; когда это происходит дольше этого периода, оно классифицируется как «эпизоды» Эль-Ниньо/Ла-Нинья. [22]
Признаком Эль-Ниньо в структуре температуры поверхности моря является распространение теплой воды из западной части Тихого океана и Индийского океана в восточную часть Тихого океана. Он уносит с собой дождь, вызывая обширную засуху в западной части Тихого океана и осадки в обычно сухой восточной части Тихого океана. Теплый прилив бедных питательными веществами тропических вод Эль-Ниньо, нагретый при прохождении на восток Экваториального течения, заменяет холодные, богатые питательными веществами поверхностные воды течения Гумбольдта . Когда условия Эль-Ниньо длятся в течение многих месяцев, обширное потепление океана и уменьшение восточных пассатов ограничивают подъем холодных, богатых питательными веществами глубоких вод, и его экономическое воздействие на местный рыболовный промысел на международном рынке может быть серьезным. [23]
Среди ученых существует средняя степень уверенности в том, что тропическая часть Тихого океана перейдет к средней модели, напоминающей Эль-Ниньо в столетнем временном масштабе, но все еще существует высокая неопределенность в прогнозах ТПМ в тропической части Тихого океана, поскольку трудно отразить изменчивость Эль-Ниньо в климатических моделях. . [2]
В целом, ученые прогнозируют, что к 2050 году все регионы океанов потеплеют, но модели расходятся во мнениях относительно изменений ТПМ, ожидаемых в приполярной части Северной Атлантики, экваториальной части Тихого океана и Южном океане. [2] Будущее глобальное среднее увеличение ТПМ за период с 1995-2014 по 2081-2100 годы составит 0,86°C при самых скромных сценариях выбросов парниковых газов и до 2,89°C при самых суровых сценариях выбросов. [2]
Существует множество методов измерения этого параметра, которые потенциально могут дать разные результаты, поскольку на самом деле измеряются разные вещи. Вдали от непосредственной поверхности моря общие измерения температуры сопровождаются указанием конкретной глубины измерения. Это связано со значительными различиями между измерениями, выполненными на разных глубинах, особенно в дневное время, когда низкая скорость ветра и высокая солнечная погода могут привести к образованию теплого слоя на поверхности океана и сильным вертикальным градиентам температуры (суточный термоклин ) . [8] Измерения температуры поверхности моря ограничиваются верхней частью океана, известной как приповерхностный слой. [25]
ТПО было 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 исследования Гольфстрима в конце восемнадцатого века. Позднее ТПО измеряли путем погружения термометра в ведро с водой, которое вручную набирали с поверхности моря. Первый автоматизированный метод определения ТПО был реализован путем измерения температуры воды во входном отверстии крупных судов, которое началось в 1963 году. Эти наблюдения имеют погрешность около 0,6 °C (1 °F) из-за тепла, машинное отделение. [26]
Стационарные метеорологические буи измеряют температуру воды на глубине 3 метра (9,8 футов). Измерения ТПО на протяжении последних 130 лет имели противоречия из-за способа их проведения. В девятнадцатом веке измерения проводились в ведре с корабля. Однако из-за различий в ведрах наблюдались небольшие колебания температуры. Образцы собирались либо в деревянное, либо в неизолированное брезентовое ведро, но брезентовое ведро охлаждалось быстрее, чем деревянное. Внезапное изменение температуры между 1940 и 1941 годами было результатом недокументированного изменения процедуры. Пробы были взяты возле воздухозаборника двигателя, поскольку ночью использовать фонари для проведения измерений над бортом корабля было слишком опасно. [27]
В мире существует множество различных дрейфующих буев, которые различаются по конструкции, а также различаются места расположения надежных датчиков температуры. Эти измерения передаются на спутники для автоматического и немедленного распространения данных. [28] Большая сеть прибрежных буев в водах США обслуживается Национальным центром буев данных (NDBC). [29] В период с 1985 по 1994 год в экваториальной части Тихого океана было развернуто большое количество заякоренных и дрейфующих буев, предназначенных для мониторинга и прогнозирования явления Эль-Ниньо . [30]
Метеорологические спутники доступны для определения информации о температуре поверхности моря с 1967 года, а первые глобальные композитные данные были созданы в 1970 году. [31] С 1982 года [32] спутники все чаще используются для измерения ТПО и позволяют отслеживать ее пространственные и временные изменения. просмотрен более полно. Спутниковые измерения ТПО находятся в разумном согласии с измерениями температуры на месте . [33] Спутниковые измерения производятся путем измерения океанского излучения на двух или более длинах волн в инфракрасной части электромагнитного спектра или в других частях спектра, которые затем можно эмпирически связать с ТПМ. [34] Эти длины волн выбраны потому, что они:
Спутниковые измерения ТПО обеспечивают как синоптическое изображение океана, так и высокую частоту повторных изображений, [37] позволяя исследовать динамику верхних слоев океана в масштабе всего бассейна , что невозможно с помощью кораблей или буев. Спутники SST НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) со спектрорадиометром среднего разрешения (MODIS) предоставляют глобальные данные SST с 2000 года, доступные с задержкой в один день. Спутники NOAA GOES (геостационарные орбитальные спутники Земли) находятся геостационарно над западным полушарием, что позволяет им доставлять данные SST ежечасно с задержкой всего в несколько часов.
Существует несколько трудностей при спутниковых измерениях абсолютной ТПО. Во-первых, в методологии инфракрасного дистанционного зондирования излучение исходит от верхней «кожи» океана , примерно 0,01 мм или меньше, что может не отражать основную температуру верхнего метра океана из-за воздействия солнечного нагрева поверхности во время дневное, отраженное излучение, а также ощутимые потери тепла и поверхностное испарение. Все эти факторы несколько затрудняют сравнение спутниковых данных с измерениями, полученными с помощью буев или судовыми методами, что усложняет работу по наземному установлению фактов. [38] Во-вторых, спутник не может смотреть сквозь облака, что создает прохладное смещение в полученных со спутника ТПО в облачных областях. [8] Однако пассивные микроволновые методы могут точно измерить ТПО и проникнуть сквозь облачный покров. [34] В каналах зондирования атмосферы на метеорологических спутниках , пик которых находится чуть выше поверхности океана, знание температуры поверхности моря важно для их калибровки. [8]
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 формирования морского тумана и морских бризов. [8] Тепло от нижележащих более теплых вод может значительно изменить воздушную массу на расстояниях от 35 километров (22 миль) до 40 километров (25 миль). [39] Например, к юго-западу от внетропических циклонов Северного полушария изогнутый циклонический поток, переносящий холодный воздух через относительно теплые водоемы, может привести к образованию узких полос снега с эффектом озера (или эффекта моря). Эти полосы приносят сильные локализованные осадки , часто в виде снега , поскольку крупные водоемы, такие как озера, эффективно сохраняют тепло, что приводит к значительной разнице температур — более 13 °C (23 °F) — между поверхностью воды и воздухом над ней. . [40] Из-за этой разницы температур тепло и влага переносятся вверх, конденсируясь в вертикально ориентированные облака, которые вызывают снежные ливни. На снижение температуры с высотой и глубиной облаков напрямую влияют как температура воды, так и крупномасштабная окружающая среда. Чем сильнее снижается температура с высотой, тем выше становятся облака и тем больше становится интенсивность осадков. [41]
Температура океана не менее 26,5 °C (79,7 °F ) на глубине не менее 50 метров является одним из предшественников, необходимых для поддержания тропического циклона (типа мезоциклона ). [42] [43] Эти теплые воды необходимы для поддержания теплого ядра , питающего тропические системы. Это значение значительно превышает 16,1 ° C (60,9 ° F), долгосрочную среднюю глобальную температуру поверхности океанов. [44] Однако это требование можно считать лишь общим базовым уровнем, поскольку оно предполагает, что окружающая атмосферная среда, окружающая область нарушенной погоды, представляет собой средние условия. Тропические циклоны усилились, когда ТПМ была немного ниже стандартной температуры.
Известно, что тропические циклоны образуются даже тогда, когда нормальные условия не соблюдаются. 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 атмосфера стала достаточно нестабильной для конвекции. . Во влажной атмосфере этот градиент составляет 6,5 °C/км, тогда как в атмосфере с относительной влажностью менее 100 % требуемый градиент составляет 9,8 °C/км. [45]
На уровне 500 гПа средняя температура воздуха в тропиках составляет -7 ° C (18 ° F), но воздух в тропиках на этой высоте обычно сухой, что дает воздуху пространство для влажного термометра или прохладный при увлажнении. до более благоприятной температуры, которая затем может поддерживать конвекцию. Температура по влажному термометру 500 гПа в тропической атмосфере -13,2 °C (8,2 °F) необходима для инициирования конвекции, если температура воды составляет 26,5 °C (79,7 °F), и это требование к температуре увеличивается или уменьшается пропорционально 1 °C температуры поверхности моря на каждый 1 °C изменения на высоте 500 гПа. Внутри холодного циклона температура 500 гПа может упасть до -30 ° C (-22 ° F), что может вызвать конвекцию даже в самой сухой атмосфере. Это также объясняет, почему влажность на средних уровнях тропосферы , примерно на уровне 500 гПа, обычно является требованием для развития. Однако, когда на той же высоте находится сухой воздух, температура на уровне 500 гПа должна быть еще ниже, поскольку в сухой атмосфере требуется больший градиент нестабильности, чем влажная атмосфера. [46] [47] На высотах около тропопаузы средняя 30-летняя температура (измеренная в период с 1961 по 1990 год) составляла -77 ° C (-132 ° F). [48] Одним из примеров тропического циклона , поддерживающегося над более прохладными водами, был Эпсилон в конце сезона ураганов в Атлантике в 2005 году . [49]
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( 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 )Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Национального управления океанических и атмосферных исследований .