해수면 온도

Sea surface skin temperature

해수면 피부 온도(SSTskin) 또는 해양 피부 온도는 적외선 스펙트럼(3.7–12 μm)을 통해 결정되는 해수면의 온도이며 수심 10–[1]20 μm에서 물 하위층의 온도를 나타냅니다.수동 적외선 측정에서 위성이 얻은 피부 온도의 고해상도 데이터는 해수면 온도(SST)를 결정하는 데 중요한 구성 요소입니다.

피부층은 대기와 태양과 복사 평형을 이루기 때문에, 그것의 온도는 매일의 순환의 기초가 됩니다.심지어 피부 온도의 작은 변화도 대기 순환의 큰 변화로 이어질 수 있습니다.이것은 피부 온도를 일기 예보와 기후 과학에서 널리 사용되는 양으로 만듭니다.

원격 감지

대규모 해수면 피부 온도 측정은 원격 감지의 위성 사용으로 시작되었습니다.이런 종류의 측정의 근본적인 원리는 흑체 스펙트럼을 통해 표면 온도를 결정하는 것입니다.각 장치가 서로 다른 파장을 측정하는 다른 측정 장치가 설치됩니다.모든 파장은 해수 기둥의 상부 500 μm에 있는 다양한 부층에 해당합니다.이 층은 강한 온도 구배를 보이기 때문에 관측된 온도는 [2]사용된 파장에 따라 달라집니다.따라서 측정값은 종종 [3]깊이 대신 파장 대역으로 표시됩니다.

그림 1: ERA5 재분석 데이터 세트를 통해 결정된 2021년 12월과 6월의 평균 해수면 피부 온도(°C).

역사

바다 표면의 첫 위성 측정은 1964년 님버스-I에 의해 [4]수행되었습니다.1966년과 1970년대 초에 더 많은 위성들이 배치되었습니다.초기 측정은 대기 교란에 의한 오염으로 어려움을 겪었습니다.여러 적외선 대역에서 작동하는 센서를 탑재한 최초의 위성은 1978년 말에 발사되었고, 이것은 대기 [3]보정을 가능하게 했습니다.이 센서 클래스는 AVHRR(Advanced very-high-resolution radiometer)이라고 하며 클라우드 추적과 관련된 정보를 제공합니다.현재의 3세대는 구름 관측, 구름/눈 분화, 표면 온도 관측 및 대기 [3]보정에 중요한 파장 범위의 6개 채널을 갖추고 있습니다.현대의 위성 어레이는 [5]~6시간마다 10km의 해상도로 전 세계를 커버할 수 있습니다.

SST로 변환

해수면 온도 측정은 해수면 온도를 추정하기 위해 마이크로파 영역에서 SSTsubskin 측정으로 완료됩니다.이러한 측정은 클라우드 적용 범위와 독립적이고 기본적인 변동이 적다는 이점이 있습니다.SST로의 변환은 정교한 검색 [6]알고리즘을 통해 이루어집니다.이러한 알고리즘은 현재의 바람, 구름 덮개, 강수량 및 수증기 함량과 같은 추가 정보를 고려하고 [6]층 사이의 열 전달을 모델링합니다.결정된 SST는 선박, 부표 및 프로파일러의 현장 측정을 통해 검증됩니다.평균적으로 피부 온도는 5m [7]깊이의 온도와 비교하여 0.15 ± 0.1K 정도 체계적으로 냉각되는 것으로 추정됩니다.

해수면의 수직 온도 프로필

해양 표층의 수직 온도 프로파일은 다양한 열 전달 프로세스에 의해 결정됩니다.바로 그 계면에서, 바다는 전도성 및 확산성 열전달에 의해 지배되는 대기와 열평형 상태에 있습니다.또한, 증발은 계면에서 일어나 피부 층을 냉각시킵니다.피부 층 아래에는 서브 피부 층이 있으며, 이 층은 분자 및 점성 열 전달이 지배적인 층으로 정의됩니다.더 큰 규모에서, 훨씬 더 큰 기초 층으로서, 에디를 통한 난류 열 전달은 수직 열 전달에 가장 큰 기여를 합니다.

낮에는 태양에 의한 추가적인 난방이 있습니다.바다로 들어오는 태양 복사는 비어-램버트 법칙에 따라 표면을 가열합니다.여기서 들어오는 방사선의 약 5%가 바다의 [8]위쪽 1mm에서 흡수됩니다.위에서부터의 가열은 안정적인 층화로 이어지기 때문에 고려된 규모에 따라 다른 프로세스가 열 전달을 지배합니다.

레이어[9] 깊이[2][9] 지배적 열전달[2] 측정[2]
해수면 인터페이스(SSTint) - 전도성, 확산성 열전달 -
해수면 표피층(SSTskin) ~10-20μm 적외선 방사 측정
해수면 서브 스킨 층(SSTsubskin) ~1-1.5mm 분자 및 점성 열전달 마이크로파 방사측정법
해수면 기초온도(SSTfnd) ~1-5m 난류 열전달 직접 측정(부표, 선박, 프로파일러)

두께가 {{ \인 피부층과 관련하여 난류 확산 {{는 무시할 수 있습니다.외부 가열이 없는 정지 상태의 경우 수직 온도 프로파일은 다음과 같은 에너지 예산을 따릅니다.

여기서 와 {w}는 물의 밀도와 열용량을 나타내며, 열전도율과 T {\ z를알 수 있습니다.온도의 수직 부분 도함수수직 열 Q Q는 잠열 방출, 감지 가능한 열 플럭스 및 순장파 [10]열복사로 구성됩니다.피부층에서 관찰된 Q Q는 양의 값으로, 깊이에 따라 온도가 증가하는 것에 해당합니다(z축이 바다 아래쪽을 가리킵니다).이는 그림 2에서 볼 수 있듯이 차가운 피부 층으로 이어집니다. 깊이 \ displaystyle }의 피부 층 내 수직 온도 에 대한 일반적인 경험적 설명은 다음과 같습니다.

서 와 는 [11]하한선을 더한 표면의 온도를 나타냅니다.일일 가열을 포함할 때 흡수된 단파 복사에 따라 추가 가열 기간을 포함해야 합니다.z에 걸쳐 적분하면 깊이를 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

서 는 해양 경계면에서의 순 단파 태양 이고,})는 깊이({[12]까지 흡수된 부분입니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이, 주간 난방은 시원한 피부 효과를 감소시킵니다.최대 온도는 피부층보다 깊이당 외부 가열이 낮지만 표면 냉각 효과가 작은 서브 스킨층에서 확인할 수 있습니다.깊이가 더 깊어질수록 온도는 낮아집니다. 비례 가열이 더 작고 난류 과정을 통해 층이 혼합되기 때문입니다.

피부 온도 변화

일주기

해양 피부 온도는 수심 20 μm에서 물의 온도로 정의됩니다.이는 SST가skin 해양에서 대기로의 열 흐름에 매우 의존한다는 것을 의미합니다.이로 인해 해수면이 일주형으로 따뜻해지고 낮에는 고온이 발생하며 밤에는 저온이 발생합니다(특히 맑은 하늘과 낮은 풍속 조건).

SST는skin 위성으로 측정할 수 있고 바다와 대기의 거의 경계에 있는 온도이기 때문에 바다에서 열 플럭스를 찾는 것은 매우 유용한 측정입니다.일일 온난화로 인해 증가된 열 플럭스는 50-60 W/m까지2 도달할 수 있으며 시간 평균은 10 W/m입니다2.이러한 양의 열 플럭스는 대기 [13]프로세스에서 무시할 수 없습니다.

바람과 대기와의 상호작용

해수면 온도 또한 바람과 파도에 크게 의존합니다.두 프로세스 모두 혼합을 유발하여 SST의skin 냉각/가열을 유발합니다.예를 들어, 낮 동안 거친 바다가 발생할 때, 낮은 층의 차가운 물이 바다 피부와 섞입니다.바다 표면에 중력파가 존재할 때, 바다 피부 온도의 조절이 있습니다.이 변조에서는 바람이 중요한 역할을 합니다.이 변조의 크기는 풍속에 따라 달라지며, 위상은 파도를 기준으로 한 바람의 방향에 따라 결정됩니다.바람과 파도 방향이 비슷할 때는 파도의 앞쪽에서 최대 온도가 발생하고 파도에 비해 반대쪽에서 바람이 불면 [14]파도의 뒤쪽에서 최대 온도가 발생합니다.

해양생물과의 상호작용

세계적인 규모로 볼 때, 피부 온도는 플랑크톤 농도의 지표입니다.상대적으로 차가운skin SST가 측정되는 지역에서는 식물성 플랑크톤의 [15]풍부함이 높습니다.이 효과는 이 지역의 해저에서 차가운 영양분이 풍부한 물이 상승함에 따라 발생합니다.이러한 영양소의 증가는 식물성 플랑크톤이 번성하도록 만듭니다.반면, 상대적으로 높은skin SST는 동물성 플랑크톤 농도가 더 높다는 것을 나타냅니다.이 플랑크톤들은 번성하기 위해 유기물에 의존하고 온도가 높을수록 [16]생산량이 증가합니다.

국소적인 규모에서, 남세균의 표면 축적은 SST의skin 국소적인 증가를 섭씨 1.5도까지 유발할 수 있습니다.남세균은 광합성을 하는 박테리아이기 때문에 엽록소가 이 박테리아에 존재합니다.이렇게 증가된 엽록소 농도는 들어오는 방사선의 더 많은 흡수를 유발합니다.이렇게 증가된 흡수는 해수면의 온도를 상승시킵니다.이러한 상승된 온도는 첫 번째 미터에서만 분명하게 나타나고 처음 5미터에서만 확실히 나타나는데, 그 이후에는 상승된 온도가 [17]측정되지 않습니다.

참고 항목

레퍼런스

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