Связь океана и климата

Океан представляет собой тонкий слой солёной воды, который охватывает 71 % поверхности Земли и содержит 96 % её воды. Он обладает самым широким биоразнообразием на планете и обеспечивает около 50 % валовой первичной продукции. Он также действует как терморегулятор Земли, поглощая и преобразуя значительную часть солнечного излучения, которое достигает поверхности Земли. Он обеспечивает водяной пар для атмосферы и обменивается с ней теплом, формируя погоду и климат Земли, а также их изменчивость в диапазоне временных масштабов от часов до тысячелетий. Он смягчает изменение климата за счёт поглощения почти всего избыточного тепла (89 %: Von Schuckmann et al., 2020) и четвёртой части CO₂ (Friedlingstein et al., 2020), производимого в результате деятельности человека.

Океан получает тепло за счёт солнечного электромагнитного излучения в основном в тропических регионах. Между поверхностью океана и атмосферой происходит постоянный обмен водой, энергией и углеродом на всех широтах, где поверхность не покрыта льдом. Океан не статичен, и океанические течения перераспределяют избыточное тепло, полученное в тропиках в направлении более высоких широт и глубоководных частей океана. Этот перенос сильнее в высоких широтах — в полярных регионах, где поверхностные воды становятся более плотными и опускаются в основном из-за высоких тепловых потерь. Временной масштаб переноса и перераспределения сильно варьируется: от сезона или года в тропических регионах до десятилетия — в поверхностных слоях и до нескольких сотен лет и даже тысяч лет — в глубоководных слоях.

Глобальный перенос тепла, пресной воды и углерода в океане не только сопоставим по объёму с переносом в атмосфере, но океан является основным резервуаром для этих компонентов атмосферы. Непрерывный обмен этими компонентами между океаном и атмосферой и их хранение в океане делают океан ключевым регулятором погоды и климата во всех временных масштабах (от минут до тысячелетий: например, Smith et al., 2012; Doblas-Reyes et al., 2013; Kirtman et al., 2013; Meehl et al., 2014), расширяя предсказуемость системы Земля в этих масштабах. Системы сезонного и десятилетнего прогнозирования большей частью опираются на точное прогнозирование быстрых динамических и медленных режимов изменчивости океана и их роли в модуляции атмосферы (Kirtman et al., 2013). Чтобы обеспечить точные и пригодные прогнозы для инициализации моделей, следует использовать данные наблюдений за океаном.

Своевременные и устойчивые наблюдения за океаном, как спутниковые, так и in situ, имеют решающее значение для подготовки успешных прогнозов, отвечающих ожиданиям и потребностям общества (Smith et al., 2012). Большая часть информации, лежащей в основе таких прогнозов, поступает от глобально скоординированных систем наблюдений в масштабах бассейнов океанов. Основные международные объединения, занимающиеся прогнозированием погоды и климата, включая Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды (ЕЦСПП), Национальную метеорологическую службу (НМЦ) Национального управления по исследованию океанов и атмосферы (НУОА) и ВМО, предъявляют требования к информации об океане для обеспечения устойчивой и жизнеспособной голубой экономики. Кроме того, растёт общественное признание критической важности информации о текущих и будущих условиях океана для удовлетворения разнообразных потребностей пользователей. К их числу относятся более качественное наблюдение и прогнозирование волн, течений, уровня моря, качества воды и обилия морских биологических ресурсов, а также предоставление более качественного обслуживания по прогнозированию морской погоды и климата.