Temperatura de la superficie del mar

La temperatura de la superficie del mar (SST) (o temperatura de la superficie del océano ) es la temperatura del agua cerca de la superficie del océano . El significado exacto de superficie varía según el método de medición utilizado, pero se encuentra entre 1 milímetro (0,04 pulgadas) y 20 metros (70 pies) por debajo de la superficie del mar . Las masas de aire en la atmósfera de la Tierra están muy modificadas por las temperaturas de la superficie del mar a poca distancia de la costa. Las áreas localizadas de nieve intensa se pueden formar en bandas a favor del viento de cuerpos de agua cálida dentro de una masa de aire que de otro modo sería fría. Se sabe que las temperaturas cálidas de la superficie del mar son una causa deciclogénesis tropical sobre la Tierra 's océanos. Los ciclones tropicales también pueden causar una estela fría, debido a la mezcla turbulenta de los 30 metros superiores (100 pies) del océano. La SST cambia todos los días, como el aire por encima de ella, pero en menor grado. Hay menos variación de TSM en días con brisa que en días tranquilos. Además, las corrientes oceánicas , como la Oscilación Multidecadal Atlántica (AMO), pueden afectar la TSM en escalas de tiempo de varias décadas, [4] un impacto importante resulta de la circulación termohalina global , que afecta significativamente la TSM promedio en la mayoría de los océanos del mundo.

Las temperaturas de la superficie terrestre han aumentado más rápido que las temperaturas del océano, ya que el océano absorbe alrededor del 92% del exceso de calor generado por el cambio climático . [1] Gráfico con datos de la NASA [2] que muestra cómo han cambiado las temperaturas del aire de la superficie terrestre y marina en comparación con una línea de base preindustrial. [3]
Se trata de un conjunto de datos de temperatura de la superficie del mar (SST) global diario producido el 20 de diciembre de 2013 a una resolución de 1 km (también conocida como resolución ultra alta) por el grupo JPL ROMS (Regional Ocean Modeling System).
Temperatura promedio semanal de la superficie del mar para el Océano Mundial durante la primera semana de febrero de 2011, durante un período de La Niña .
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Temperatura y caudales de la superficie del mar

La temperatura del océano está relacionada con el contenido de calor del océano , un tema importante en el estudio del cambio climático .

Las TSM costeras pueden hacer que los vientos marinos generen surgencia , que puede enfriar o calentar significativamente las masas de tierra cercanas, pero las aguas menos profundas sobre una plataforma continental suelen ser más cálidas. Los vientos en tierra pueden causar un calentamiento considerable incluso en áreas donde el afloramiento es bastante constante, como la costa noroeste de América del Sur . Sus valores son importantes dentro de la predicción numérica del tiempo, ya que la SST influye en la atmósfera de arriba, como en la formación de brisas marinas y niebla marina . También se utiliza para calibrar mediciones de satélites meteorológicos .

Perfil de temperatura de la capa superficial del océano (a) durante la noche y (b) durante el día

Existe una variedad de técnicas para medir este parámetro que potencialmente pueden producir resultados diferentes porque en realidad se están midiendo cosas diferentes. Lejos de la superficie del mar inmediato, las mediciones de temperatura generales van acompañadas de una referencia a la profundidad específica de medición. Esto se debe a las diferencias significativas que se encuentran entre las mediciones realizadas a diferentes profundidades, especialmente durante el día, cuando la baja velocidad del viento y las condiciones de mucha luz solar pueden provocar la formación de una capa cálida en la superficie del océano y fuertes gradientes verticales de temperatura (una termoclina diurna ). [5] Las mediciones de la temperatura de la superficie del mar se limitan a la parte superior del océano, conocida como capa cercana a la superficie. [6]

Termómetros

La SST fue una de las primeras variables oceanográficas que se midieron. Benjamin Franklin suspendió un termómetro de mercurio de un barco mientras viajaba entre los Estados Unidos y Europa en su estudio de la Corriente del Golfo a fines del siglo XVIII. Posteriormente, la SST se midió sumergiendo un termómetro en un balde de agua que se extrajo manualmente de la superficie del mar. La primera técnica automatizada para determinar la SST se logró midiendo la temperatura del agua en el puerto de entrada de grandes barcos, que estaba en marcha en 1963. Estas observaciones tienen un sesgo cálido de alrededor de 0,6 ° C (1 ° F) debido al calor de la sala de máquinas. [7] Este sesgo ha llevado a cambios en la percepción del cambio climático desde 2000. [8] Las boyas meteorológicas fijas miden la temperatura del agua a una profundidad de 3 metros (9,8 pies). Las mediciones de SST han tenido inconsistencias durante los últimos 130 años debido a la forma en que se tomaron. En el siglo XIX, las medidas se tomaban en un balde de un barco. Sin embargo, hubo una ligera variación en la temperatura debido a las diferencias en los cubos. Las muestras se recolectaron en una cubeta de madera o de lona sin aislamiento, pero la cubeta de lona se enfrió más rápido que la cubeta de madera. El repentino cambio de temperatura entre 1940 y 1941 fue el resultado de un cambio indocumentado en el procedimiento. Las muestras se tomaron cerca de la entrada del motor porque era demasiado peligroso usar luces para tomar medidas sobre el costado del barco durante la noche. [9] Existen muchas boyas a la deriva diferentes en todo el mundo que varían en diseño, y la ubicación de los sensores de temperatura confiables varía. Estas mediciones se transmiten a los satélites para una distribución de datos automatizada e inmediata. [10] El Centro Nacional de Boya de Datos (NDBC) mantiene una gran red de boyas costeras en aguas estadounidenses . [11] Entre 1985 y 1994, se desplegó una amplia gama de boyas amarradas y flotantes a lo largo del Océano Pacífico ecuatorial diseñadas para ayudar a monitorear y predecir el fenómeno de El Niño . [12]

Satélites meteorológicos

2003-2011 SST basado en datos de MODIS Aqua

Los satélites meteorológicos han estado disponibles para determinar la información sobre la temperatura de la superficie del mar desde 1967, con los primeros compuestos globales creados durante 1970. [13] Desde 1982, [14] los satélites se han utilizado cada vez más para medir la TSM y han permitido que se modifique su variación espacial y temporal. visto más completamente. Las mediciones satelitales de SST concuerdan razonablemente con las mediciones de temperatura in situ . [15] La medición por satélite se realiza detectando la radiación del océano en dos o más longitudes de onda dentro de la parte infrarroja del espectro electromagnético u otras partes del espectro que luego pueden relacionarse empíricamente con la SST. [16] Estas longitudes de onda se eligen porque son:

  1. dentro del pico de radiación del cuerpo negro esperada de la Tierra, [17] y
  2. capaz de transmitir adecuadamente a través de la atmósfera [18]

La SST medida por satélite proporciona una vista sinóptica del océano y una alta frecuencia de vistas repetidas [19], lo que permite el examen de la dinámica del océano superior en toda la cuenca que no es posible con barcos o boyas. Los satélites SST del espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) de la NASA (Administración Nacional Aeronáutica y del Espacio) han estado proporcionando datos globales de SST desde 2000, disponibles con un retraso de un día. Los satélites GOES (satélites terrestres geoestacionarios en órbita) de la NOAA son geoestacionarios sobre el hemisferio occidental, lo que les permite entregar datos de SST cada hora con solo unas pocas horas de retraso.

Existen varias dificultades con las mediciones de SST absolutas basadas en satélites. En primer lugar, en la metodología de teledetección infrarroja, la radiación emana de la "piel" superior del océano , aproximadamente los 0,01 mm superiores o menos, lo que puede no representar la temperatura global del metro superior del océano debido principalmente a los efectos del calentamiento solar de la superficie durante el día, la radiación reflejada, así como la pérdida de calor sensible y la evaporación superficial. Todos estos factores hacen que sea algo difícil comparar los datos satelitales con las mediciones de boyas o métodos de a bordo, lo que complica los esfuerzos de verdad en tierra. [20] En segundo lugar, el satélite no puede mirar a través de las nubes, lo que crea un sesgo frío en las SST derivadas del satélite dentro de las áreas nubladas. [5] Sin embargo, las técnicas de microondas pasivas pueden medir con precisión la SST y penetrar la capa de nubes. [16] Dentro de los canales de sonda atmosférica en los satélites meteorológicos , que alcanzan su punto máximo justo por encima de la superficie del océano, el conocimiento de la temperatura de la superficie del mar es importante para su calibración. [5]

La SST tiene un rango diurno , al igual que la atmósfera de la Tierra arriba, aunque en menor grado debido a su mayor calor específico. [21] En días tranquilos, la temperatura puede variar en 6 ° C (10 ° F). [5] La temperatura del océano en profundidad retrasa la temperatura de la atmósfera de la Tierra en 15 días por cada 10 metros (33 pies), lo que significa que para lugares como el mar de Aral , las temperaturas cerca de su fondo alcanzan un máximo en diciembre y un mínimo en mayo y Junio. [22] Cerca de la costa, los vientos marinos mueven las aguas cálidas cercanas a la superficie mar adentro y las reemplazan con agua más fría desde abajo en el proceso conocido como transporte Ekman . Este patrón aumenta los nutrientes para la vida marina en la región. [23] En los deltas de los ríos costa afuera , el agua dulce fluye sobre la parte superior del agua de mar más densa, lo que le permite calentarse más rápido debido a la mezcla vertical limitada. [24] La SST de detección remota se puede utilizar para detectar la firma de temperatura de la superficie debido a los ciclones tropicales . En general, se observa un enfriamiento de SST después del paso de un huracán principalmente como resultado de la profundización de la capa mixta y las pérdidas de calor en la superficie. [25] A raíz de varios brotes de polvo saharianos que duraron varios días en el norte adyacente del Océano Atlántico, las temperaturas de la superficie del mar se redujeron de 0,2 C a 0,4 C (0,3 a 0,7 F). [26] Otras fuentes de fluctuación de la TSM a corto plazo incluyen ciclones extratropicales , afluencias rápidas de agua dulce glacial [27] y floraciones concentradas de fitoplancton [28] debido a ciclos estacionales o escorrentías agrícolas. [29]

Oscilación atlántica multidecadal

La Oscilación Multidecadal Atlántica (AMO) es importante por cómo los forzamientos externos están vinculados con las TSM del Atlántico Norte. [30]

El Niño de 1997 observado por TOPEX / Poseidon . Las áreas blancas frente a las costas tropicales de América del Sur y del Norte indican el charco de agua cálida. [31]

El Niño se define por diferencias prolongadas en las temperaturas de la superficie del Océano Pacífico en comparación con el valor promedio. La definición aceptada es un calentamiento o enfriamiento de al menos 0,5 ° C (0,9 ° F) como promedio sobre el Océano Pacífico tropical centro-este. Por lo general, esta anomalía ocurre a intervalos irregulares de 2 a 7 años y dura de nueve meses a dos años. [32] La duración media del período es de cinco años. Cuando este calentamiento o enfriamiento ocurre durante sólo siete a nueve meses, se clasifica como "condiciones" de El Niño / La Niña; cuando ocurre por más de ese período, se clasifica como "episodios" de El Niño / La Niña. [33]

La señal de un fenómeno de El Niño en el patrón de temperatura de la superficie del mar es cuando el agua cálida se extiende desde el Pacífico occidental y el Océano Índico hasta el Pacífico oriental. Se lleva la lluvia consigo, lo que provoca una gran sequía en el Pacífico occidental y lluvias en el Pacífico oriental, normalmente seco. La cálida ráfaga de agua tropical pobre en nutrientes de El Niño, calentada por su paso hacia el este en la Corriente Ecuatorial, reemplaza el agua superficial fría y rica en nutrientes de la Corriente de Humboldt . Cuando las condiciones de El Niño duran muchos meses, el calentamiento extenso de los océanos y la reducción de los vientos alisios del este limitan el afloramiento de aguas profundas frías y ricas en nutrientes y su impacto económico en la pesca local para un mercado internacional puede ser serio. [34]

Bandas de nieve con efecto de mar cerca de la península de Corea

La temperatura de la superficie del mar afecta el comportamiento de la atmósfera terrestre por encima, por lo que su inicialización en modelos atmosféricos es importante. Si bien la temperatura de la superficie del mar es importante para la ciclogénesis tropical , también es importante para determinar la formación de niebla y brisas marinas. [5] El calor de las aguas más cálidas subyacentes puede modificar significativamente una masa de aire en distancias tan cortas como 35 kilómetros (22 millas) a 40 kilómetros (25 millas). [35] Por ejemplo, al suroeste de los ciclones extratropicales del hemisferio norte , el flujo ciclónico curvo que lleva aire frío a través de masas de agua relativamente cálidas puede producir bandas estrechas de nieve con efecto lago (o efecto mar). Esas bandas traen fuertes precipitaciones localizadas , a menudo en forma de nieve , ya que los grandes cuerpos de agua, como los lagos, almacenan de manera eficiente el calor que resulta en diferencias de temperatura significativas, mayores de 13 ° C (23 ° F), entre la superficie del agua y el aire de arriba. . [36] Debido a esta diferencia de temperatura, el calor y la humedad se transportan hacia arriba, condensándose en nubes orientadas verticalmente que producen chubascos de nieve. La disminución de la temperatura con la altura y la profundidad de las nubes se ven directamente afectadas tanto por la temperatura del agua como por el entorno a gran escala. Cuanto más fuerte es la disminución de la temperatura con la altura, más altas se vuelven las nubes y mayor es la tasa de precipitación. [37]

Ciclones tropicales

Picos estacionales de actividad de ciclones tropicales en todo el mundo
Temperaturas medias del Pacífico ecuatorial

La temperatura del océano de al menos 26,5 ° C (79,7 ° F ) que se extiende a una profundidad mínima de 50 metros es uno de los precursores necesarios para mantener un ciclón tropical (un tipo de mesociclón ). [38] [39] Estas aguas cálidas son necesarias para mantener el núcleo cálido que alimenta los sistemas tropicales. Este valor está muy por encima de 16,1 ° C (60,9 ° F), la temperatura media global de la superficie de los océanos a largo plazo. [40] Sin embargo, este requisito puede considerarse sólo una línea de base general porque supone que el ambiente atmosférico que rodea un área de tiempo alterado presenta condiciones medias. Los ciclones tropicales se han intensificado cuando las TSM estaban ligeramente por debajo de esta temperatura estándar.

Se sabe que los ciclones tropicales se forman incluso cuando no se cumplen las condiciones normales. Por ejemplo, las temperaturas del aire más frías a una mayor altitud (p. Ej., Al nivel de 500  hPa , o 5,9 km) pueden conducir a la ciclogénesis tropical a temperaturas del agua más bajas, ya que se requiere un cierto lapso de tiempo para forzar a la atmósfera a ser lo suficientemente inestable para la convección. . En una atmósfera húmeda, esta tasa de caída es de 6,5 ° C / km, mientras que en una atmósfera con menos del 100% de humedad relativa , la tasa de caída requerida es de 9,8 ° C / km. [41]

En el nivel de 500 hPa, la temperatura del aire promedia los -7 ° C (18 ° F) dentro de los trópicos, pero el aire en los trópicos normalmente es seco a esta altura, lo que da espacio al aire para bulbo húmedo , o enfriar a medida que se humedece. a una temperatura más favorable que pueda soportar la convección. Se requiere una temperatura de bulbo húmedo a 500 hPa en una atmósfera tropical de -13,2 ° C (8,2 ° F) para iniciar la convección si la temperatura del agua es de 26,5 ° C (79,7 ° F), y este requisito de temperatura aumenta o disminuye proporcionalmente en 1 ° C en la temperatura de la superficie del mar por cada cambio de 1 ° C a 500 hpa. Dentro de un ciclón frío , las temperaturas de 500 hPa pueden descender hasta -30 ° C (-22 ° F), lo que puede iniciar la convección incluso en las atmósferas más secas. Esto también explica por qué la humedad en los niveles medios de la troposfera , aproximadamente en el nivel de 500 hPa, es normalmente un requisito para el desarrollo. Sin embargo, cuando se encuentra aire seco a la misma altura, las temperaturas a 500 hPa deben ser aún más frías, ya que las atmósferas secas requieren una mayor tasa de caída de inestabilidad que las atmósferas húmedas. [42] [43] En alturas cercanas a la tropopausa , la temperatura promedio de 30 años (medida en el período comprendido entre 1961 y 1990) fue de -77 ° C (-132 ° F). [44] Un ejemplo reciente de un ciclón tropical que se mantuvo sobre aguas más frías fue Epsilon de la temporada de huracanes del Atlántico 2005 . [45]

El impacto global de los cambios en la temperatura de la superficie del mar sobre la vida marina requiere la implementación de las metas del Objetivo de Desarrollo Sostenible 14 de las Naciones Unidas . [46]

  • Contenido de calor del océano
  • Temperatura de la superficie global
  • The Blob (Océano Pacífico)
  • El aumento actual del nivel del mar puede ocurrir durante un aumento de la TSM promedio global o regional.
  • Haloclina se refiere a una diferencia de salinidad a menudo alterada por factores dependientes de la temperatura.
  • Loop Current , con gráficos de la temperatura del mar en el Golfo de México
  • Oscilación decenal del Pacífico (PDO)
  • Plancton , que florece a tasas que dependen de la temperatura de la superficie del mar.
  • Salinidad , que afecta la evaporación de la superficie del mar y, por tanto, la temperatura
  • Ghrsst-pp el grupo de alta resolución SST
  • Medidas de temperatura por satélite
  • Registro de temperatura instrumental
  • Registro de temperatura geológica

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  • Mapa global de las temperaturas actuales de la superficie del mar
  • Mapa global de las anomalías actuales de la temperatura de la superficie del mar
  • SQUAM , SST Quality Monitor (una herramienta de control de calidad global casi en tiempo real para monitorear la estabilidad de la serie temporal y la coherencia entre plataformas de la SST satelital)
  • iQuam , monitor de calidad de SST in situ (un sistema de monitoreo y control de calidad casi en tiempo real para SST in situ medido por barcos y boyas)
  • MICROS , Monitoreo de radiancias de cielo despejado IR sobre océanos para SST

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