Теплосодержание океана - Ocean heat content
В океанографии и климатологии теплосодержание океана (OHC) - это термин, обозначающий энергию, поглощаемую океаном , которая хранится в течение неопределенных периодов времени в виде внутренней энергии или энтальпии . На потепление океана приходится около 90% энергии, накопленной Землей в результате глобального потепления с 1970 года. По состоянию на 2020 год около одной трети этой добавленной тепловой энергии распространилось на глубины ниже 700 метров. Изменения теплосодержания океана имеют далеко идущие последствия для планеты морские и наземные экосистемы ; включая множественные воздействия на прибрежные экосистемы и сообщества.
Более сильное экваториальное солнечное излучение, которое поглощается тропическими поверхностными водами Земли, вызывает общее распространение тепловой энергии океана в направлении полюсов. Потепление океанов непосредственно вызывает обесцвечивание кораллов и способствует миграции морских видов . Перераспределение внутренней энергии планеты за счет атмосферной циркуляции и океанских течений вызывает внутреннюю изменчивость климата , часто в форме нерегулярных колебаний , и помогает поддерживать глобальную термохалинную циркуляцию . Морские волны тепла - это районы опасного для жизни и постоянно плотного океанического тепла. Выбросы НУ в атмосферу происходят в основном за счет испарения. Концентрированные выбросы в сочетании с высокими температурами поверхности моря способствуют возникновению тропических циклонов , атмосферных волн тепла и других экстремальных погодных явлений .
Увеличение НУ составляет 30-40% глобального повышения уровня моря с 1900 по 2020 год из-за теплового расширения . Это также ускоритель таяния морского льда , айсбергов и приливных ледников . В результате отступление льда было наиболее устойчивым и выраженным для морского льда в Арктике и в пределах северных фьордов, таких как фьорды Гренландии и Канады . Воздействие на морской лед Антарктики и обширные шельфовые ледники Антарктики, которые заканчиваются в Южном океане , были более разнообразными и незаметными .
Определение и измерение
Плотность теплосодержания океана между двумя уровнями глубины определяется с помощью определенного интеграла :
где - плотность морской воды , - удельная теплоемкость морской воды, h2 - нижняя глубина, h1 - верхняя глубина, и - температурный профиль. В системе единиц СИ , имеют единицы J · 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 самая большая база данных профилей температуры всего мирового океана.
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.
Недавние изменения
Несколько исследований, проведенных в последние годы, показали, что содержание НУ в глубоководных и верхних слоях океана возрастает за несколько десятилетий. Исследования связывают поглощение тепла с антропогенным потеплением, которое эквивалентно выражается как изменение энергетического баланса Земли .
Исследования, основанные на ARGO, показывают, что ветры с поверхности океана , особенно субтропические пассаты в Тихом океане , изменяют вертикальное распределение тепла в океане. 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. Годы с повышенным поглощением тепла океаном были связаны с отрицательными фазами междекадной тихоокеанской осцилляции (IPO). Это представляет особый интерес для ученых-климатологов, которые используют данные для оценки поглощения тепла океаном .
Исследование, проведенное в 2015 году, показало, что повышение теплосодержания океана в Тихом океане было компенсировано резким распространением НУ в Индийский океан.
Учебная галерея
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.
В этой анимации используются данные науки о Земле с различных датчиков на спутниках наблюдения Земли НАСА для измерения физических параметров океанографии, 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)