Теплосодержание океана

В океанографии и климатологии , теплосодержание океанов (ОНС) представляет собой термин для энергии , поглощенной океаном, которая хранится в виде внутренней энергии или энтальпии . Изменения теплосодержания океана играют важную роль в повышении уровня моря из-за теплового расширения .

Глобальное теплосодержание в верхних 2000 метрах океана, NOAA 2020
Слой Global Heat Content (0–700 метров)
"> Файл: Oceans of Climate Change.ogvВоспроизвести медиа
Океанограф Джош Уиллис обсуждает теплоемкость воды , проводит эксперимент по демонстрации теплоемкости с помощью водяного шара и описывает, как способность воды накапливать тепло влияет на климат Земли.
"> Файл: Океан - движущая сила погоды и климата.webmВоспроизвести медиа
В этой анимации используются данные науки о Земле с различных датчиков на спутниках наблюдения Земли НАСА для измерения физических океанографических параметров, таких как океанические течения, океанические ветры, высота поверхности моря и температура поверхности моря. Эти измерения могут помочь ученым понять влияние океана на погоду и климат. (в HD)

На потепление океана приходится 90% энергии, накопленной в результате глобального потепления в период с 1971 по 2010 год. [1] По оценкам, около одной трети этого дополнительного тепла распространяется на глубину ниже 700 метров. [2] Помимо прямого воздействия теплового расширения, потепление океана способствует увеличению скорости таяния льда во фьордах Гренландии [3] и антарктических ледяных щитах. [4] Более теплые океаны также ответственны за обесцвечивание кораллов . [5]

Поверхностная плотность теплосодержания океана между двумя уровнями глубины определяется с помощью определенного интеграла : [6]

где является морская вода плотность,- удельная теплоемкость морской воды, h2 - нижняя глубина, h1 - верхняя глубина, и- температурный профиль. В системе единиц СИ ,имеет единицы Дж · м −2 . Интегрирование этой плотности по океанскому бассейну или всему океану дает общее теплосодержание, как показано на рисунке справа. Таким образом, общее теплосодержание является произведением плотности, удельной теплоемкости и объемного интеграла температуры в рассматриваемой трехмерной области океана.

Теплосодержание океана можно оценить с помощью измерений температуры, полученных с помощью бутылки Нансена , поплавка ARGO или акустической томографии океана . Проект базы данных о мировом океане - это крупнейшая база данных профилей температуры во всех океанах мира.

Теплосодержание верхнего слоя океана в большинстве регионов Северной Атлантики определяется конвергенцией переноса тепла (место, где встречаются океанические течения) без значительных изменений в соотношении температуры и солености. [7]

Несколько исследований, проведенных в последние годы, выявили многократное повышение содержания НУ в глубоководных и верхних слоях океана и связывают поглощение тепла с антропогенным потеплением . [8] Исследования, основанные на ARGO, показывают, что ветры у поверхности океана , особенно субтропические пассаты в Тихом океане , изменяют вертикальное распределение тепла в океане. [9] Это приводит к изменениям океанских течений и увеличению субтропических опрокидываний , что также связано с явлениями Эль-Ниньо и Ла-Нинья . В зависимости от стохастических колебаний естественной изменчивости в годы Ла-Нинья примерно на 30% больше тепла из верхнего слоя океана переносится в более глубокие слои океана. Модельные исследования показывают, что океанические течения переносят больше тепла в более глубокие слои в годы Ла-Нинья после изменений в циркуляции ветра. [10] [11] Годы с повышенным поглощением тепла океаном были связаны с отрицательными фазами междекадной тихоокеанской осцилляции (IPO). [12] Это представляет особый интерес для ученых-климатологов, которые используют данные для оценки поглощения тепла океаном .

Исследование, проведенное в 2015 году, пришло к выводу, что повышение теплосодержания океана в Тихом океане было компенсировано резким распространением НУ в Индийский океан. [13]

  1. ^ IPCC AR5 WG1 (2013). «Резюме для политиков» (PDF) . www.climatechange2013.org . Проверено 15 июля +2016 .
  2. ^ «Исследование: Deep Ocean Waters Ловушка Обширный Магазин Тепла» . Климат Центральный . 2016 г.
  3. ^ Церковь, JA (2013). «Изменение уровня моря» . В Межправительственной группе экспертов по изменению климата (ред.). Изменение уровня моря, стр. 1137-1216 . Изменение климата 2013 - Основа физических наук: Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . С. 1137–1216. DOI : 10,1017 / cbo9781107415324.026 . ISBN 9781107415324. Проверено 5 февраля 2019 .
  4. ^ Дженкинс, Адриан; и другие. (2016). «Десятилетнее воздействие океана и реакция антарктического ледяного щита: уроки моря Амундсена | Океанография» . tos.org . Проверено 5 февраля 2019 .
  5. ^ «Большой Барьерный риф: разоблаченная катастрофа» . Хранитель . 6 июня 2016.
  6. ^ Дейкстра, Хенк А. (2008). Динамическая океанография ([Корр. 2-е изд.] Ред.). Берлин: Springer Verlag. п. 276. ISBN. 9783540763758.
  7. ^ Сирпа Хаккинен, Питер Б. Райнс и Дениз Л. Уортен (2015). «Изменчивость теплосодержания в северной части Атлантического океана в океанских реанализах» . Geophys Res Lett . 42 (8): 2901–2909. Bibcode : 2015GeoRL..42.2901H . DOI : 10.1002 / 2015GL063299 . PMC  4681455 . PMID  26709321 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  8. ^ Авраам; и другие. (2013). «Обзор наблюдений за глобальной температурой океана: последствия для оценок теплосодержания океана и изменения климата». Обзоры геофизики . 51 (3): 450–483. Bibcode : 2013RvGeo..51..450A . CiteSeerX  10.1.1.594.3698 . DOI : 10.1002 / rog.20022 .
  9. ^ Бальмаседа, Тренберт и Келлен (2013). «Отличительные климатические сигналы в повторном анализе теплосодержания глобального океана» . Письма о геофизических исследованиях . 40 (9): 1754–1759. Bibcode : 2013GeoRL..40.1754B . DOI : 10.1002 / grl.50382 . Эссе, заархивированное 13 февраля 2015 г., в Wayback Machine
  10. ^ Миль; и другие. (2011). «Основанные на модели доказательства поглощения тепла глубоководными слоями океана во время периодов перерыва в температуре поверхности». Изменение климата природы . 1 (7): 360–364. Bibcode : 2011NatCC ... 1..360M . DOI : 10.1038 / nclimate1229 .
  11. ^ Роб Живопись (2 октября 2011 г.). «Глубокий океан нагревается, когда глобальные температуры поверхности падают» . SkepticalScience.com . Проверено 15 июля +2016 .
  12. ^ Роб Живопись (24 июня 2013). «Надвигающийся климатический сдвиг: вернется ли океанское тепло, чтобы преследовать нас?» . SkepticalScience.com . Проверено 15 июля +2016 .
  13. ^ Сан-Ки Ли, Вонсан Парк, Молли О. Барингер, Арнольд Л. Гордон, Брюс Хубер и Янюн Лю (18 мая 2015 г.). «Тихоокеанское происхождение резкого увеличения содержания тепла в Индийском океане во время перерыва в потеплении» (PDF) . Природа Геонауки . 8 (6): 445–449. Bibcode : 2015NatGe ... 8..445L . DOI : 10.1038 / ngeo2438 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  • Ченг LJ, Чжу Дж. (2014). «Артефакты в вариациях теплосодержания океана, вызванные изменениями системы наблюдений» . Письма о геофизических исследованиях . 41 (20): 7276–7283. Bibcode : 2014GeoRL..41.7276C . DOI : 10.1002 / 2014GL061881 .

  • Содержание тепла и солей в глобальном океане NOAA