Jump to content

Океанский динамический термостат

Это хорошая статья. Нажмите здесь для получения дополнительной информации.

Динамический термостат океана — это физический механизм, посредством которого изменения среднего радиационного воздействия влияют на градиенты температуры поверхности моря в Тихом океане и силу циркуляции Уокера . Увеличение радиационного воздействия (потепление) более эффективно в западной части Тихого океана, чем в восточной, где подъем холодных водных масс смягчает изменение температуры. Это увеличивает градиент температуры с востока на запад и усиливает циркуляцию Уокера. Уменьшение радиационного воздействия (охлаждения) имеет противоположный эффект.

Этот процесс был использован для объяснения изменений градиентов температуры в Тихом океане, которые коррелируют с инсоляцией и изменениями климата. Это также может быть ответственным за предполагаемую корреляцию между явлениями Эль-Ниньо и извержениями вулканов , а также за изменения температурных градиентов, произошедшие в 20 веке. Неясно , контролирует ли динамический термостат океана реакцию Тихого океана на антропогенное глобальное потепление , поскольку здесь действуют конкурирующие процессы; потенциально, это может привести к климатической тенденции, подобной Ла-Нинья , во время первоначального потепления, прежде чем она будет преодолена другими процессами.

Экваториальная часть Тихого океана является ключевым регионом Земли с точки зрения его относительного влияния на мировую циркуляцию атмосферы. Характерный градиент температуры с востока на запад связан с атмосферной циркуляцией, циркуляцией Уокера . [1] и в дальнейшем контролируется динамикой атмосферы и океана. [2] В западной части Тихого океана есть так называемый «теплый бассейн», где самые высокие температуры поверхности моря наблюдаются (SST) на Земле. В восточной части Тихого океана, наоборот, область, называемая «холодным языком», всегда холоднее, чем теплый бассейн, даже если они лежат на одной широте, поскольку там поднимается холодная вода . Градиент температуры между ними, в свою очередь, вызывает атмосферную циркуляцию, циркуляцию Уокера. [3] который сильно реагирует на градиент ТПМ. [4]

Одним из важных компонентов климата является Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНСО), режим изменчивости климата. Во время положительной фазы/фазы Эль-Ниньо воды в центральной и восточной части Тихого океана теплее, чем обычно, а во время холодной фазы/Ла-Нинья они холоднее, чем обычно. В сочетании с этими изменениями ТПО меняется разница атмосферного давления между восточной и западной частью Тихого океана. Изменения циркуляции ЭНСО и Уокера оказывают влияние на погоду во всем мире, включая стихийные бедствия, такие как лесные пожары , засухи , наводнения и тропических циклонов . деятельность [5] Атмосферная циркуляция модулирует поглощение тепла океаном, силу и положение внутритропической зоны конвергенции (ITCZ), тропические осадки и силу индийского муссона . [6]

Оригинальная гипотеза Клемента и др. (1996) и прецедент Сунь и Лю (1996)

[ редактировать ]

Уже в мае 1996 года Сунь и Лю опубликовали гипотезу о том, что совокупное взаимодействие океанских ветров, поверхности океана и океанских течений может ограничивать температуру воды в западной части Тихого океана. [7] В рамках этого исследования они обнаружили, что повышение равновесных температур приводит к увеличению температурного градиента между восточной и западной частью Тихого океана. [8]

Механизм динамического термостата океана был описан в специальной публикации Клемента и др. 1996 г. в совместной модели океан-атмосфера экваториального океана. Поскольку в западной части Тихого океана ТПО регулируются только запасенным теплом и тепловыми потоками, то в восточной части Тихого океана также играют роль горизонтальная и вертикальная адвекция. Таким образом, введенный источник нагрева в первую очередь нагревает западную часть Тихого океана, вызывая более сильные восточные ветры, которые способствуют апвеллингу в восточной части Тихого океана и снижают ее температуру - картина, противоположная той, которую ожидали от нагрева. Холодная вода, поднявшаяся вдоль экватора, затем растекается от него, уменьшая общее прогревание бассейна. [9] Таким образом, температурный градиент между западной и восточной частью Тихого океана увеличивается, усиливая пассаты и еще больше усиливая апвеллинг; в конечном итоге это приводит к климатическому состоянию, напоминающему Ла-Нинья. [2] Механизм носит сезонный характер, поскольку апвеллинг наименее эффективен бореальной весной и наиболее эффективен бореальной осенью; таким образом, он в основном работает осенью. [10] Из-за вертикальной структуры температуры изменчивость ЭНСО становится более регулярной при охлаждении механизмом термостата, но затухает при потеплении. [11]

Модель Клемента и др. 1996 г. учитывает только температурные аномалии и не учитывает весь энергетический бюджет. Через некоторое время потепление распространится на источники поднимающейся воды и на термоклин , что в конечном итоге приведет к демпфированию термостата. [9] Основной недостаток модели заключается в том, что она предполагает, что температура поднимаемой воды не меняется с течением времени. [2]

Более поздние исследования

[ редактировать ]

Более поздние исследования подтвердили механизм динамического термостата океана для ряда моделей климата с различной структурой потепления. [12] а также возникновение обратной реакции – снижения градиента ТПМ – в ответ на похолодание климата. [13] В полностью связанных моделях тенденция усиления атмосферной циркуляции при уменьшении инсоляции иногда сводит на нет реакцию термостата на снижение солнечной активности. [14] Лю, Лу и Се в 2015 году предположили, что океанский динамический термостат также может работать в Индийском океане. [15] и эта концепция была расширена и теперь охватывает Индо-Тихоокеанский регион в целом, а не только экваториальную часть Тихого океана. [16]

Вода течет из западной части Тихого океана в Индийский океан через проливы между Австралией и Азией – явление, известное как индонезийский сквозной поток . [17] Роджерс и др. В 1999 году предположили, что более сильные пассаты, связанные с динамическим термостатом океана, могут увеличить разницу уровней моря между Индийским и Тихим океанами, увеличивая приток и еще больше охлаждая Тихий океан. [18] Ан и др. В 2022 году было предположено, что аналогичный эффект в Индийском океане может вызвать изменения в диполе Индийского океана после удаления углекислого газа . [19]

Роль в изменчивости климата

[ редактировать ]

Динамический термостат океана использовался для объяснения:

Вулканические и солнечные влияния

[ редактировать ]

Механизм динамического термостата океана был задействован для того, чтобы связать извержения вулканов с изменениями ЭНЮК. [23] Извержения вулканов могут охладить Землю, выбрасывая аэрозоли и диоксид серы в стратосферу , которые отражают поступающую солнечную радиацию. Было высказано предположение, что в палеоклиматических записях за извержениями вулканов часто следуют явления Эль-Ниньо, но сомнительно, применимо ли это к известным историческим извержениям. [5] а результаты моделирования климата неоднозначны. [13] В некоторых климатических моделях процесс динамического термостата океана вызывает возникновение явлений Эль-Ниньо после извержений вулканов, в других дополнительные атмосферные процессы перевешивают влияние динамического термостата океана на градиенты ТПО в Тихом океане. [24]

Процесс динамического термостатирования океана может объяснить изменения ТПМ в восточной части Тихого океана, которые коррелируют с инсоляции . изменениями [25] например минимум Дальтона [26] и солнечному циклу . [27] В раннем и среднем голоцене , когда осенняя и летняя инсоляция увеличивалась, а также во время средневековой климатической аномалии между 900-1300 годами нашей эры , ТПО у Нижней Калифорнии в восточной части Тихого океана были холоднее, чем обычно. Юго-запад Северной Америки в это время пережил сильные мегазасухи , что также может быть связано с тенденцией, подобной Ла-Нинья, в тихоокеанских ТПМ. И наоборот, в периоды низкой инсоляции [28] [29] а во время малого ледникового периода ТПМ увеличилась. Этот регион находится в пределах Калифорнийского течения , на которое влияет восточная часть Тихого океана. [30] который контролирует температуру поднимающейся воды. [31] Это было дополнительно подтверждено анализом дополнительных видов фораминифер . [32] Повышенная продуктивность океанских вод у берегов Перу во время средневековой климатической аномалии и римского теплого периода. [33] между 50-400 годами нашей эры , когда климат во всем мире был теплее, [34] может произойти из-за обмеления термоклина под действием термостата и увеличения подъема вод, богатых питательными веществами. [33] Однако были предложены дополнительные механизмы, связывающие климат экваториальной части Тихого океана с изменениями инсоляции. [35]

Роль в недавнем изменении климата

[ редактировать ]

Изменения экваториальной температуры Тихого океана, вызванные антропогенным глобальным потеплением, являются важной проблемой климатических прогнозов, поскольку они влияют на локальные и глобальные климатические модели. [36] Ожидается, что механизм динамического термостата океана уменьшит антропогенное потепление восточной части Тихого океана по сравнению с западной частью Тихого океана, тем самым усиливая градиент ТПМ и циркуляцию Уокера. Этому противодействует ослабление циркуляции Уокера. [1] и более эффективное испарительное охлаждение западной части Тихого океана в условиях глобального потепления. Эта компенсация между различными эффектами затрудняет оценку конечного результата циркуляции Уокера и градиента ТПО. [37] В моделях CMIP5 это обычно не является доминирующим эффектом. [38]

Динамический термостат океана был использован для объяснения противоречивых изменений в Тихом океане в 20 веке. В частности, по-видимому, одновременно происходит увеличение градиента ТПМ, но также и ослабление циркуляции Уокера, особенно во время бореального лета. Все эти наблюдения являются неопределенными из-за особого выбора показателей, используемых для описания градиентов ТПМ и силы циркуляции Уокера, а также из-за проблем измерения и систематических ошибок. [37] Однако механизм динамического термостата океана может объяснить, почему градиент ТПО увеличился во время глобального потепления. [12] а также почему циркуляция Уокера усиливается осенью и зимой, поскольку в это время апвеллинг наиболее силен. [37] С другой стороны, потепление в Атлантическом океане и, в более общем плане, изменения в температурных градиентах между океанами. свою роль могут сыграть [39]

Прогнозируемые будущие изменения

[ редактировать ]

Климатические модели обычно изображают изменение, подобное Эль-Ниньо, то есть уменьшение градиента ТПМ. Во многих моделях наблюдается зависящая от времени закономерность: первоначальное увеличение градиента ТПМ («быстрый отклик») сопровождается ослаблением градиента («медленный отклик»). [2] особенно, но не только в случае резкого увеличения концентрации парниковых газов. [40] Это может отражать уменьшение силы динамического термостата океана по мере увеличения потепления. [12] и потепление апвеллинговых вод, происходящее с задержкой в ​​несколько десятков лет после прогрева поверхности [4] и известен как «океанический туннель». [41] С другой стороны, климатические модели могут недооценивать силу эффекта термостата. [42]

  • Согласно Ан и Им 2014, в океанической динамической модели удвоение концентрации углекислого газа первоначально охлаждает холодный язык в восточной части Тихого океана, но дальнейшее увеличение концентрации углекислого газа в конечном итоге приводит к остановке охлаждения и сокращению холодного языка. [43] [44] Их модель не учитывает изменения температуры термоклина, которые, как правило, происходят после более чем десятилетия глобального потепления. [45]
  • По данным Луо и др. В 2017 году динамический термостат океана в конечном итоге выходит из строя в первую очередь из-за ослабления пассатов и усиления стратификации океана, что уменьшает поступление холодной воды в зоны апвеллинга, [46] и, во-вторых, приходом сюда более теплых субтропических вод. [47] В их модели переход занимает около десятилетия. [48]
  • Согласно Хиде, Федорову и Берлсу, 2020, большее потепление климата за пределами тропиков, чем внутри них, в конечном итоге приводит к тому, что вода, поступающая в районы апвеллинга, нагревается. [49] и океанские течения, которые его переносят, ослабевают. [50] Это сводит на нет эффект термостата примерно через два десятилетия в случае резкого увеличения концентрации парниковых газов и примерно через полвека-столетие, когда концентрации парниковых газов растут медленнее. [51]
  • Ожидается, что при дальнейшем потеплении подземного океана сила динамического термостата океана снизится, поскольку уменьшение стратификации означает, что импульс менее концентрируется в поверхностном слое и, следовательно, апвеллинг уменьшается. [12]
  • Согласно Хиде и Федорову, 2021, в некоторых климатических моделях термостатный механизм изначально преобладает над другими механизмами и вызывает похолодание субтропической и центральной части Тихого океана. [52] В конечном итоге большинство моделей сходятся к модели экваториального потепления. [53]
  • Чжоу и др. В 2022 году было обнаружено, что в сценариях удаления углекислого газа термостат усиливает изменения осадков. [54]

Другие контексты

[ редактировать ]

Термин «океанский динамический термостат» также использовался в несколько разных контекстах:

  • Взаимодействие между ослабевающей циркуляцией Уокера и экваториальным подводным течением [а] . [1] В частности, более слабые восточные ветры в Тихом океане уменьшают торможение Подводного течения, тем самым ускоряя его. Этот процесс доминирует над уменьшением восточного противотока Подводного течения. [56] Таким образом, более слабая циркуляция Уокера может увеличить поток Подводного течения и, таким образом, вызвать апвеллинг в восточной части Тихого океана, охлаждая его. [57] Совмещенные модели общей циркуляции часто неправильно отображают эту реакцию градиентов подводного течения и ТПМ; первое может быть причиной повсеместной недооценки градиентов ТПМ в этих моделях. [58]
  • Более сильные ветры вызывают испарительное охлаждение тропической температуры. [59]
  • По данным Хиде, Федорова и Берлса, 2020, в ответ на резкое увеличение концентрации парниковых газов слабые средние климатологические ветры позволяют Индийскому океану нагреваться сильнее, чем Тихому океану. Это имеет тенденцию вызывать более сильные восточные ветры над Тихим океаном, которые еще больше ослабляют потепление в Тихом океане. [60] Однако, в отличие от динамического термостата океана, этот охлаждающий эффект сосредоточен в центрально-восточной части Тихого океана, в то время как западные ветры, вызванные потеплением над Южной Америкой, вызывают потепление восточной части Тихого океана. [61]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Экваториальное подводное течение — сильное океанское течение под поверхностью экваториальной части Тихого океана. [37] который питается западными приземными ветрами. Они переносят воду на запад, в свою очередь создавая силу давления, направленную на восток, которая питает экваториальное подводное течение, в то время как давление, вызванное ветром, замедляет его. [55] Экваториальное подводное течение достигает поверхности в восточной части Тихого океана и является там основным источником апвеллинга. [56]
  1. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Коутс и Карнаускас 2018 , с. 6245.
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Луо и др. 2017 , с. 2812.
  3. ^ Ан и др. 2012 , с. 1373.
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ан и др. 2012 , с. 1374.
  5. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б МакГрегор и Тиммерманн 2011 , с. 2178.
  6. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6101.
  7. ^ Сунь и Лю 1996 , с. 1148.
  8. ^ Сунь и Лю 1996 , с. 1149.
  9. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Клемент и др. 1996 , с. 2192.
  10. ^ Клемент и др. 1996 , стр. 2192–2193.
  11. ^ Клемент и др. 1996 , с. 2193.
  12. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Ан и Он 2014 , с. 174.
  13. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б МакГрегор и Тиммерманн 2011 , с. 2179.
  14. ^ Маркитто и др. 2010 , с. 1378.
  15. ^ Лю, Лу и Се 2015 , стр. 1044–1045.
  16. ^ Хиде, Федоров и Берлс, 2021 , с. 2520.
  17. ^ Роджерс и др. 1999 , с. 20551.
  18. ^ Роджерс и др. 1999 , с. 20567.
  19. ^ Ан и др. 2022 , с. 20.
  20. ^ Герцберг и Шмидт 2014 .
  21. ^ Гиральт, Морено и Бао 2007 , с. 350.
  22. ^ Чжао и др. 2016 , с. 6820.
  23. ^ Альфаро-Санчес и др. 2018 , с. 936.
  24. ^ МакГрегор и Тиммерманн 2011 , с. 2187.
  25. ^ Эмиль-Гей и др. 2011 .
  26. ^ Труэ и Тейлор 2010 , с. 961.
  27. ^ Сан и др. 2022 , с. 8.
  28. ^ Хименес-Морено, Андерсон и Шинкер, 2021 , с. 7.
  29. ^ Маркитто и др. 2010 , с. 1380.
  30. ^ Келли и др. 2016 .
  31. ^ Маркитто и др. 2010 , стр. 1378–1379.
  32. ^ Грист и др. 2013 .
  33. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Салваттечи и др. 2014 , с. 727.
  34. ^ Сальваттечи и др. 2014 , с. 716.
  35. ^ Меткалф и Нэш 2012 , стр. 51.
  36. ^ Ин, Хуан и Хуан 2016 , с. 433.
  37. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Коутс и Карнаускас 2018 , с. 6246.
  38. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6105.
  39. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6102.
  40. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6114.
  41. ^ Хиде, Федоров и Берлс, 2021 , с. 2506.
  42. ^ Луо, Ван и Домменгет 2018 , стр. 1343.
  43. ^ Хиде и Федоров 2021 , с. 696.
  44. ^ Ан и Он 2014 , с. 181.
  45. ^ Ан и Он 2014 , с. 182.
  46. ^ Луо и др. 2017 , с. 2822.
  47. ^ Луо и др. 2017 , с. 2824.
  48. ^ Луо и др. 2017 , с. 2826.
  49. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6108.
  50. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6109.
  51. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6113.
  52. ^ Хиде и Федоров 2021 , с. 697.
  53. ^ Хиде и Федоров 2021 , с. 698.
  54. ^ Чжоу и др. 2022 , с. 1.
  55. ^ Коутс и Карнаускас 2018 , с. 6247.
  56. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Коутс и Карнаускас 2018 , с. 6248.
  57. ^ Коутс и Карнаускас 2018 , с. 6258.
  58. ^ Коутс и Карнаускас 2018 , с. 6259.
  59. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6103.
  60. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6106.
  61. ^ Хиде, Федоров и Берлс 2020 , с. 6107.

Источники

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 40699703c7c413eb8efa708408cc1c71__1712245800
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/40/71/40699703c7c413eb8efa708408cc1c71.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ocean dynamical thermostat - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)