Мировой океан накопитель тепла

География

§ 30. Обмен теплом и влагой между океаном и сушей

Мы знаем, что вода обладает замечательным свойством: она медленно нагревается и долго удерживает тепло. Как приятно летом искупаться в море поздним вечером! Воздух над поверхностью суши охлаждается гораздо быстрее, а вода, как парное молоко, — теплая и приятная! Мировой океан по праву называют накопителем тепла нашей планеты. Он принимает 2 /₃ всего тепла, приходящего на Землю от Солнца.

Мировой круговорот воды. С поверхности океана вода под действием солнечного тепла непрерывно испаряется. По мере подъема водяной пар охлаждается и конденсируется в верхних воздушных слоях, образуя облака, т. е. опять переходит из газообразного состояния в жидкое, и выпадает на землю в виде дождя, снега, града и т. д. Осадки частично просачиваются в землю, частично стекают по ней. Происходит заключительный этап мирового круговорота воды — сток поверхностных и подземных вод суши в Мировой океан (рис. 49).

Рис. 49. Мировой круговорот воды

Все звенья круговорота воды связаны. Нарушение одного из них влечет за собой изменение других. Так, сразу после вырубки лесов на больших площадях увеличивается сток воды в реки, что приводит к увеличению частоты наводнений и паводков. Другой пример. Загрязнение Мирового океана нефтью препятствует испарению воды с его поверхности, снижая содержание влаги в атмосфере. Это приводит к уменьшению количества осадков и стока в океан.

Океанические воздушные массы. Мировой круговорот воды показал нам, что взаимодействие Мирового океана и суши происходит через воздушную оболочку Земли — атмосферу. Свойства воздушных потоков, в первую очередь температура и влажность, зависят от того места в Мировом океане, где они сформировались. К примеру, воздушная масса, сформировавшаяся над Северным Ледовитым океаном, будет иметь низкую температуру и малое содержание водяных паров. Такая воздушная масса принесет с собой похолодание и зимой, и летом. На климат морских побережий влияют и океанические течения. Теплые течения «согревают» прилегающие районы суши, а холодные «охлаждают».

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА И ВЫРАЖЕНИЯ

Мировой океан — накопитель тепла Земли

мировой круговорот воды

океанические воздушные массы

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

• 1. Почему Мировой океан называют накопителем тепла Земли?
• 2. Как происходит обмен теплом и влагой между океаном и сушей?
• 3. Какое влияние на мировой круговорот воды оказывает человек?
• 4*. Какие свойства имеют воздушные массы, формирующиеся над Индийским океаном?

Источник

Теплосодержание океана — Ocean heat content

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 .

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

СОДЕРЖАНИЕ

Определение и измерение

Плотность теплосодержания океана между двумя уровнями глубины определяется с помощью определенного интеграла :

ЧАС знак равно ρ c п ∫ час 2 час 1 Т ( z ) d z <\ displaystyle H = \ rho c_

\ int _

^

T (z) dz>

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. ρ <\ displaystyle \ rho> c п <\ displaystyle c_

> Т ( z ) <\ Displaystyle Т (г)> ЧАС <\ displaystyle H>

Теплосодержание океана можно оценить с помощью измерений температуры, полученных с помощью бутылки Нансена , поплавка ARGO или акустической томографии океана . Проект World Ocean Database Project — 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.

Недавние изменения

Несколько исследований, проведенных в последние годы, выявили многократное повышение содержания НУ в глубоководных и верхних слоях океана и приписывают поглощение тепла антропогенному потеплению . 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, пришло к выводу, что повышение теплосодержания океана в Тихом океане было компенсировано резким распространением НУ в Индийский океан.

Источник

Мировой океан накапливает тепловую энергию особенно быстро

Обсуждая глобальное потепление, публика интересуется прежде всего средней температурой воздуха близ поверхности Земли, но это лишь один из коржей климатического «Наполеона». Может, вы не заметили, но Мировой океан настолько огромен, что удерживает намного больше тепловой энергии, чем атмосфера. 90% энергии, добавляемой в климатическую систему человеком, поглощается планетарной водичкой.

К сожалению, уследить за этим процессом сложно. На суше температуру измеряет множество метеостанций, а на морских просторах их явно не хватает. В начале 2000-х началось развёртывание автономной флотилии инструментов «Арго», которая резко увеличила количество данных, но происходящее в глубокой воде по сей день остаётся загадкой.

Оценка содержания тепла на разной глубине с течением времени (изображение авторов работы).

В 2010 году исследователи обнаружили дисбаланс в мировом распределении тепла. Если измерить энергию, которую уловили произведённые в последнее время парниковые газы, то выяснится, что атмосфера и поверхность океана потеплели не так сильно, как следовало бы. И этот дефицит накапливается с 2004 года. Одни считают, что это результат в пределах погрешности, другие полагают, что «пропавшую энергию» следует искать в морских глубинах. К тому же быстрое потепление атмосферы в 1990-х, ведомое сильными Эль-Ниньо, замедлилось в 2000-х из-за Ла-Ниньи — и многие посчитали, что глобальное потепление кончилось, а учёные могут отправляться домой.

Новый свет на проблему проливает исследование, которое выполнили Магдалена Бальмаседа и Эрланд Келлен из Европейского центра прогнозов погоды средней заблаговременности, а также Кевин Тренберт из Национального центра исследований атмосферы (США). Они собрали и заново проанализировали результаты измерений температуры воды с 1958 по 2009 год.

Оказалось, что снижение количества тепла, заключённого в океанах, совпадает с сильными извержениями вулканов, которые выбрасывают в атмосферу блокирующие свет частицы. Кроме того, отмечено снижение после 1998 года, запомнившегося невероятно сильным Эль-Ниньо, из-за которого мировая температура поставила новый рекорд.

Если не зацикливаться на атмосфере, всё это легко объяснимо. Эль-Ниньо подразумевает повышение температуры поверхности восточной части Тихого океана, и часть этой энергии передаётся атмосфере, из-за чего она нагревается. Но испарение одновременно означает охлаждение океана.

По окончании этого периода количество тепла в океане продолжало быстро увеличиваться, особенно на большой глубине. Исследователи подчёркивают, что потепление вод ниже 700 м не имеет аналогов. Около 30% потепления океанов после 1998 года приходится именно на эту глубину.

Почему же именно эта часть Мирового океана накапливает тепловую энергию особенно быстро? По-видимому, это связано с изменениями в его циркуляции. Одно из исследований показало, что Ла-Нинья и Тихоокеанское декадное колебание могли вызвать временное затишье поверхностного потепления, пока глубины начинялись энергией. И когда обстоятельства в очередной раз изменятся, это тепло нагреет поверхность океана.

Источник

Мировой океан в 2020 году поглотил рекордное количество тепла

ТАСС, 13 января. Климатологи выяснили, что в прошедшем году Мировой океан поглотил рекордное количество тепла – 230 зеттаджоулей энергии. Это говорит о том, что глобальное потепление продолжает ускоряться. Результаты исследования опубликовал научный журнал Advances in Atmospheric Sciences.

«Мировой океан поглощает более 90% излишков тепла, связанных с глобальным потеплением. Поэтому потепление его вод напрямую показывает, как протекает этот процесс. Наши наблюдения показали, что долгосрочная тенденция на ускоряющееся потепление климата продолжается», – рассказал один из авторов работы, профессор Института физики атмосферы Китайской академии наук Лицзин Чэн.

Практически никто из климатологов не сомневается, что глобальное потепление существует и что оно радикально изменит облик планеты, если рост температур не удастся сдержать на отметке в 1,5 °С по сравнению с доиндустриальным уровнем. Об этом говорят не только компьютерные модели климата планеты, но и данные климатических спутников, сухопутных метеорологических станций и океанических буйков.

Один из главных факторов, которые тормозят глобальное потепление – это Мировой океан. Начиная с доиндустриальной эпохи его воды поглощают около 90% тепла и примерно треть углекислого газа, который выбрасывают промышленные предприятия, автомобили и другие источники. Этот процесс не только тормозит изменение климата, но и, как опасаются ученые, может вызвать кардинальные перестройки в экосистемах морей.

Чэн и его коллеги детально изучили, как Мировой океан накапливал тепло с середины прошлого столетия по 2020 год. Для этого они использовали климатические модели и данные с трех тысяч надводных и подводных буйков и автономных станций слежения.

Анализ показал, что за все время наблюдений тепловая энергия, запасенная в водах Мирового океана, увеличилась на 380 зеттаджоулей. Этого хватило бы, например, чтобы вскипятить 30 млрд полуторалитровых чайников. Больше половины этого тепла было сконцентрировано в верхних слоях океана, где к концу 2020 года скопилось свыше 230 зеттаджоулей избыточной энергии.

Замеры ученых показывают, что тепло попадало в толщу океана в основном в тех прибрежных регионах Земли, которые расположены рядом с крупнейшими городами мира, в том числе рядом с мегаполисами на восточном побережье США, у берегов Юго-Восточной Азии, Японии и Аргентины. Особенно активно этот процесс проходил в прошлом году, в результате чего океан поглотил на 20 зеттаджоулей тепла больше, чем в 2019 году.

В целом это привело к тому, что из-за повышения температуры воды и ее теплового расширения уровень Мирового океана вырос примерно на полсантиметра. С учетом того, что гидросфера реагирует на глобальное потепление с некоторой задержкой, в ближайшие годы этот показатель может резко увеличиться. Вдобавок ученые отмечают, что ускорение процесса накопления тепловой энергии в водах Мирового океана говорит о том, что глобальное потепление продолжает набирать обороты.

«Любые последующие соглашения по борьбе с изменением климата и сокращению антропогенных выбросов СО₂ должны учитывать, что Мировой океан уже поглотил гигантское количество тепла и будет продолжать делать это в обозримом будущем до тех пор, пока мы не снизим уровень парниковых газов в атмосфере», – подытожил Чэн.

Источник

Океан — источник тепла

Океан — источник тепла

Около 95°/о водной массы в океане имеет среднюю температуру 3,8°.

Эта температура в современных климатических условиях практически остается неизменной. Зато температура воды на поверхности океана разнится значительно: в экваториальной зоне вода нагрета до 25—26°, а в приполярных областях ее температура опускается ниже 0° (лед в воде с соленостью 35% о образуется при температуре — 1,9°).

Сезонные колебания температуры воды в средних широтах составляют 5—10°, в северо-западных частях Атлантического и Тихого океанов, где встречаются теплое и холодное течения, они достигают иногда 15°, а в полярных областях (где лето холодное) и в тропиках (где не бывает зимы) колебания температуры на поверхности океана в течение года не превышают 2° (в экваториальной зоне — не более 0,5°). Температура придонных вод полярных областей океана ниже 0°, а в средних и экваториальных широтах около 2°.

В океанах и морях наблюдаются и многолетние потепления и похолодания верхних слоев воды, которые оказывают влияние на климат, погоду и распределение рыбы.

Температура воды в океане с глубиной обычно снижается. В северных широтах верхний слой прогретой воды к осени достигает толщины 10—15 м, в средних широтах — 40 — 50 м. Под ним наблюдается тонкий сезонный слой резкого скачка температуры. Его называют термоклином. Ниже термоклина вода намного холоднее. При сильном волнении и зимнем охлаждении слой температурного скачка разрушается, температура воды становится однообразной до глубины 50 м, а местами даже до 200 м, в зависимости от силы волнения или степени охлаждения.
Схема распределения температуры воды в океане.

Зимой охлаждение воды начинается сверху.
Холодная вода тяжелее и плотнее теплой, поэтому она опускается вниз и перемешивается с нижней, более теплой водой.
Такая вертикальная циркуляция морской воды обогащает ее нижние слои кислородом и углекислым газом, поглощенными из воздуха, и поднимает к поверхности питательные соли, накопившиеся в глубинах при разложении отмерших организмов.
Поэтому в полярных морях жизнь очень богата.

Вертикальная циркуляция в холодное время года «выкачивает» накопленное в воде тепло в атмосферу. От экватора до 50—60° северной и южной широты на глубине от 100 до 700 м существует круглогодичный термоклин.

С изменением температуры меняется и плотность воды. Где скачок температуры — там и скачок плотности.
Поэтому около термоклина всегда скапливаются мелкие животные организмы: при вертикальном перемещении они не в состоянии преодолеть этот барьер. Вслед за планктоном здесь собирается и рыба.

Термоклин отчасти препятствует распространению в воде звука. Шум гребных винтов подводной лодки, находящейся ниже термоклина, акустическими приборами надводного судна не улавливается — подводная лодка может чувствовать себя в безопасности.

Моряки-подводники называют термоклин жидким грунтом, потому что лодка, погрузившаяся в плотный слой воды под термоклином, остановив двигатели, лежит, «как на дне», точнее, держится в нем на плаву.

Известно, что вода обладает большой теплоемкостью: 1 м 3 воды, охладившись на 1°, может нагреть на 1° более 3300 м 3 воздуха.

Благодаря этому океаны и моря служат аккумулятором и распределителем солнечного тепла на поверхности нашей планеты. В умеренных и полярных широтах морские воды летом накапливают тепло, а зимой отдают его в’ атмосферу.
В тропиках же вода нагревается с поверхности круглый год.

Течения переносят теплые экваториальные воды в высокие широты, а холодные воды возвращаются в тропики в противотечениях.

Гольфстрим смягчает климат Англии и Скандинавии, а течение Куро-Сио делает более теплым климат Японии. В то же время холодные Восточно-Гренландское, Лабрадорское и Курильское противотечения охлаждают соответственно восточные берега Северной Америки и Азии.

Белое море, Черное и даже Каспийское, отдавая зимой тепло, немного повышают температуру воздуха над прилегающим побережьем.

Источник