해양열 함량

해양 열 함량(Ocean heat content, OHC)은 해양에 의해 흡수되고 저장되는 에너지입니다.해양 열 함량을 계산하기 위해서는 다양한 위치와 깊이에서 해양 온도를 측정할 필요가 있습니다.해양 유역 또는 해양 전체에 대한 해양 열의 면적 밀도를 통합하면 전체 해양 열 함량이 됩니다.^[2]1971년에서 2018년 사이에 해양 열 함량의 증가는 지구 난방으로 인한 지구의 초과 열 에너지의 90% 이상을 차지했습니다.^[3][4]이러한 증가의 주요 동인은 증가하는 온실가스 배출을 통한 인위적인 강제력이었습니다.^{[5]: 1228} 2020년까지 추가된 에너지의 약 3분의 1이 700미터 이하의 깊이로 전파되었습니다.^[6][7]2022년, 세계의 바다는 다시 역사상 가장 뜨거웠고 이전의 2021년 최고 기록을 초과했습니다.^[8]2019년부터 2022년까지 네 번의 해양 열 관측 중 가장 높은 것으로 나타났습니다.북태평양, 북대서양, 지중해, 그리고 남대양 모두 60년 이상 동안 가장 높은 열 관측치를 기록했습니다.^[9]해양 열 함량과 해수면 상승은 기후 변화의 중요한 지표입니다.^[10]

바닷물은 태양 에너지를 효율적으로 흡수합니다.이것은 대기 가스보다 훨씬 더 큰 열용량을 가지고 있습니다.^[6]결과적으로, 바다의 꼭대기 몇 미터는 지구의 전체 대기보다 더 많은 열 에너지를 포함하고 있답니다.^[11]1960년 이전부터, 연구선들과 기지들은 전세계적으로 해수면 온도와 온도를 더 깊이에서 샘플링해 왔습니다.2000년 이후, 거의 4000개에 달하는 아르고 로봇 플로트의 확장된 네트워크는 온도 이상, 즉 해양 열 함량의 변화를 측정했습니다.해양 열 함량은 적어도 1990년 이후 안정적이거나 가속화되는 속도로 증가하고 있습니다.^[3][12]2003년부터 2018년까지 상위 2000 미터의 순 변화율은 +0.58±0.08 W/m² (또는 연평균 에너지 증가율 9.3 제타줄)이었습니다.수십 년에 걸친 온도를 충분한 정확도와 충분한 면적으로 측정하는 것은 어렵습니다.이것은 수치의 불확실성을 야기합니다.^[10]

해양 열 함량의 변화는 연안 생태계와 지역 사회에 미치는 여러 영향을 포함하여 지구의 해양 및 육상 생태계에 광범위한 영향을 미칩니다.직접적인 영향으로는 해수면과 해빙의 변화, 물의 순환 강도 변화, 해양 생물의 이동과 멸종 등이 있습니다.^[13][14]

계산

정의.

해양 열 함량은 "해양이 저장하는 총 열량"입니다.^[15]해양 열 함량을 계산하기 위해서는 다양한 위치와 깊이에서 해양 온도를 측정해야 합니다.

해양 유역 또는 해양 전체에 대한 해양 열의 면적 밀도를 통합하면 전체 해양 열 함량이 됩니다.따라서 총 해양 열 함량은 데이터를 이용할 수 있는 해양의 3차원 영역에 대한 온도, 밀도 및 열 용량의 곱의 부피 적분입니다.대부분의 측정은 약 2000m(1.25마일)보다 낮은 깊이에서 수행되었습니다.^[16]

두 깊이 사이의 해양 열 함량의 면적 밀도는 정적분으로 정의됩니다.^[17][2]

${\displaystyle H=c_{p}\int_{h2}^{h1}\rho(z)T(z)dz}$

여기서 ${\displaystyle {cp}_{}}$ ${\displaystyle c_{p}$는 해수의 비열용량, h2는 하부 깊이, h1은 상부 깊이, ρ${\displaystyle (z)}$ ${\displaystyle \rho(z)}$는 해수 밀도 프로파일, $T{\displaystyle (z)}$ ${\displaystyle T(z)}$는 온도 프로파일입니다.SI 단위에서 $H{\displaystyle }$ ${\displaystyle H}$는 제곱미터(J·m⁻²)당 줄 단위를 가집니다.

실제로는 온도 및 밀도 데이터의 매끄럽고 그렇지 않으면 잘 작동하는 시퀀스의 합으로 적분을 근사화할 수 있습니다.해수 밀도는 온도, 염도, 압력의 함수입니다.바다 깊이의 차갑고 큰 압력에도 불구하고, 물은 거의 압축할 수 없고 밀도가 최대가 되는 액체 상태를 선호합니다.

온도 대 해양 깊이의 측정은 일반적으로 혼합 층 상부(0 ~ 200 m), 열선(200 ~ 1500 m) 및 해양 심층(1500 m)을 보여줍니다.이러한 경계 깊이는 대략적인 근사치에 불과합니다.햇빛은 최대 약 200 m 깊이까지 침투합니다; 그 중에서 맨 위 80 m는 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있는 광합성 해양 생물이 살 수 있는 지역입니다.^[18]파동 작용과 다른 표면 난류는 상층 전체의 온도를 균일하게 해줍니다.

위도에 따라 감소하는 표면 온도와 달리 심해 온도는 세계 대부분의 지역에서 상대적으로 차갑고 균일합니다.^[19]모든 대양의 부피의 약 50%는 3000 m (1.85 마일) 이하의 깊이에 있으며, 태평양은 다섯 개의 대양 중에서 가장 크고 가장 깊습니다.온도, 영양분의 흐름, 생명의 풍부함, 그리고 다른 특성들의 관점에서 열선은 상층과 깊은 층 사이의 전이입니다.열대지방에서는 반영구적이고, 온대지방에서는 변동이 심하며, 극지방에서는 얕거나 존재하지 않습니다.^[20]

치수

해양 열 함량 측정은 특히 Argo 프로파일링의 배포 전에 어려움이 있습니다.열악한 공간 커버리지와 열악한 데이터 품질로 인해 장기적인 지구 온난화 추세와 기후 변동성을 구분하는 것이 항상 쉽지는 않았습니다.이러한 복잡한 요인의 예로는 엘니뇨-남방진동에 의한 변동이나 대규모 화산 폭발로 인한 해양 열 함량의 변화가 있습니다.^[10]

아르고(Argo)는 21세기 초부터 전 세계에 배치된 로봇 프로파일링 플로트의 국제 프로그램입니다.^[22]이 프로그램의 초기 3000대는 2020년까지 거의 4000대로 확장되었습니다.각각 10일간의 측정 주기가 시작될 때, 플로트는 1000미터 깊이로 내려와서 그곳의 전류와 함께 9일 동안 표류합니다.그리고 나서 그것은 2000 미터까지 하강하고 지표면에 상승한 마지막 날 동안의 온도, 염도(전도도), 그리고 깊이(압력)를 측정합니다.표면에서 플로트는 주기를 반복하기 전에 위성 릴레이를 통해 깊이 프로파일 및 수평 위치 데이터를 전송합니다.^[23]

1992년부터 TOPEX/포세이돈과 후속 제이슨 위성 시리즈는 해수면 상승의 주요 구성 요소인 수직적으로 통합된 OHC를 관측했습니다.^[24]아르고와 제이슨의 측정 간의 파트너십은 OHC 및 기타 전 세계 해양 속성의 추정치에 대한 지속적인 개선을 제공했습니다.^[21]

발열 원인

지구의 열대 지표수에 흡수되는 더 풍부한 적도 태양 복사 조도는 해양열의 전반적인 극 방향 전파를 촉진합니다.그 표면은 또한 낮은 대류권과 에너지를 교환하기 때문에 구름 알베도, 온실 가스, 그리고 지구 에너지 예산의 다른 요소들의 장기적인 변화에 반응합니다.^[6]시간이 지남에 따라 예산의 불균형이 지속되면 열전도, 하강 및 상승을 통해 해양 깊이로 유입되거나 유출되는 열의 순 흐름이 가능합니다.^[26][27]

바다는 지구의 기후를 조절하는 기능을 하는 지구에서 가장 큰 열 저장고입니다; 싱크대와 에너지원의 역할을 합니다.^[28]OHC가 대기로 방출되는 것은 주로 증발을 통해 발생하며 행성의 물 순환을 가능하게 합니다.^[29]높은 해수면 온도와 관련된 집중 방출은 열대 사이클론, 대기 강, 대기 열파 및 먼 내륙을 관통할 수 있는 다른 극단적인 기상 현상을 촉진하는 데 도움이 됩니다.^[16][30]

바다는 또한 지구의 탄소 순환에서 육지 지역에 버금가는 역할을 하는 싱크이자 탄소 공급원의 역할을 합니다.^[31][32]헨리의 법칙의 온도 의존성에 따라, 따뜻한 지표수는 인간 활동으로부터 증가하는 이산화탄소와 다른 온실가스를 포함한 대기 가스를 덜 흡수합니다.^[33][34]

최근 관찰 및 변경 사항

최근 몇 년 동안 수많은 독립적인 연구들이 심해 지역으로 침투하기 시작한 해양 상층 지역의 OHC에서 다년간의 상승을 발견했습니다.^[3][36]바다 상층부(0~700m)는 1971년부터 따뜻해진 반면, 중간 깊이(700~2000m)에서 온난화가 일어났고 심해(2000m 이하) 온도가 높아졌을 가능성이 매우 높습니다.^{[5]: 1228} 이러한 열기는 가장 근본적으로 대기 온실 가스의 인위적인 증가에 의해 야기된 지구 에너지 예산의 지속적인 온난화 불균형에서 비롯됩니다.^{[37]: 41} 바다가 인위적인 이산화탄소를 흡수하는 비율은 1960년대 초부터 2010년대 말까지 약 3배 증가했는데, 이는 대기 중 이산화탄소의 증가에 비례하는 규모입니다.^[38]인위적인 이산화탄소 배출에 대응하여 해양 열 함량을 증가시키는 것은 본질적으로 인간의 시간 척도에서 되돌릴 수 없다는 매우 높은 확신이 있습니다.^{[5]: 1233}

Argo 측정에 근거한 연구는 해양 표면 바람, 특히 태평양의 아열대 무역 바람이 해양 열 수직 분포를 변화시킨다는 것을 나타냅니다.^[39]이것은 해류 사이에 변화를 가져오고, 엘니뇨와 라니냐 현상과도 관련이 있는 아열대 전복의 증가를 초래합니다.확률적인 자연 변동성 변동에 따라 라니냐 해 동안에는 해양 상층의 열이 약 30% 더 깊은 바다로 운반됩니다.게다가, 연구들은 바다에서 관측된 온난화의 약 3분의 1이 700-2000 미터의 대양층에서 일어나고 있다는 것을 보여주었습니다.^[40]

모델 연구에 따르면 해류는 바람 순환의 변화에 따라 라니냐 해 동안 더 많은 열을 더 깊은 층으로 전달한다고 합니다.^[41][42]해양 열 흡수가 증가한 해는 십이지간 태평양 진동(IPO)의 부정적인 단계와 관련이 있습니다.^[43]이것은 해양 열 흡수를 추정하기 위해 이 데이터를 사용하는 기후 과학자들에게 특히 흥미로운 것입니다.

대부분의 북대서양 지역의 상부 해양 열 함량은 온도와 염분 관계에 큰 변화 없이 열전달 수렴(해류가 만나는 위치)에 의해 지배됩니다.^[44]또한 2022년부터 해양의 인위적인 온난화에 대한 연구에 따르면, 25°N을 따라 북대서양에서 1850년에서 2018년 사이의 온난화의 62%가 해양 잉여 열의 주요 비율이 저장되는 700m 이하의 물에서 유지되는 것으로 나타났습니다.

해양의 상층부 2000 m는 1970년대부터 평균적으로 온난화를 겪었지만, 아극성 북대서양의 온난화가 더 천천히 진행되고 남대양이 인위적인 온실가스 배출로 인해 불균형적으로 많은 양의 열을 차지하면서 해양 온난화의 속도는 지역적으로 다양합니다.^{[5]: 1230}

2000m 이하의 심해 온난화는 다른 해양 분지에 비해 남대양에서 가장 컸습니다.^{[5]: 1230}

영향

따뜻해지는 바다는 산호 표백의^[46] 한 가지 이유이며 해양 종의 이동에 기여합니다.^[47]해양 폭염은 생명을 위협하고 지속적으로 수온이 상승하는 지역입니다.^[48]대기 순환과 해류에 의한 행성 내부 에너지의 재분배는 종종 불규칙적인 진동의 형태로 내부 기후 변동성을 생성하고 지구의 열알칼리 순환을 유지하는 데 도움을 줍니다.^[49][50][51]

1900년부터 2020년까지 전 세계 해수면 상승의 30~40%를 OHC가 차지하는 비중은 열팽창에 의한 것입니다.^[52][53]그것은 또한 해빙, 빙산, 그리고 조수 빙하가 녹는 것의 가속기 입니다.얼음 손실은 극지방 알베도를 감소시켜 지역적 그리고 세계적인 에너지 불균형을 증폭시킵니다.^[54]그 결과로 생성된 얼음 후퇴는 북극 해빙과 ^[55]그린란드와 캐나다와 같은 북부 피오르에 대해 빠르고 광범위하게 확산되었습니다.^[56]남극 해빙과 남극해로 끝나는 광대한 남극 빙붕에 미치는 영향은 지역별로 다양했고 온난화로 인해 증가하고 있습니다.^[57][58]스웨이츠 빙붕과 서남극의 이웃들의 붕괴는 2020년 해수면 상승의 약 10%에 기여했습니다.^[59][60]

2015년의 한 연구는 태평양에 의한 해양 열 함량의 증가가 인도양으로 OHC가 갑자기 분배됨으로써 보상되었다고 결론지었습니다.^[61]

심해의 온난화는 자연적으로 그곳에 축적된 냉동 메탄 하이드레이트 침전물의 일부를 녹이고 방출할 수 있는 더 많은 잠재력을 가지고 있습니다.^[62]

참고 항목

• 해양 산성화
• 해양 재분석
• 해양 성층화
• 기후변화에 따른 해양과 극저온 특별보고
• 열대성 저기압과 기후변화

• 기후변화포털
• 생태포털
• 오션스 포털

참고문헌

외부 링크

• NOAA 전 세계 해양 열 및 염분 함량