GAAMR уточнил нагрев океанов и вклад в рост уровня моря

Исследователи из Боннского университета, Университета Твенте и Гамбургского университета объединили спутниковые измерения уровня и массы моря с профилями Argo и пересчитали, как океаны поглощали тепло с января 2005 по декабрь 2024 года. Для Мирового океана результат в целом совпал с другими наборами данных. Но в отдельных бассейнах оценки расходились с модельными расчётами, иногда на двузначные проценты. Исследование опубликовано 22 сентября в журнале Earth System Science Data.

Почему одинаковый подъём воды может означать разный нагрев

При нагревании морская вода расширяется, поэтому уровень моря растёт даже без поступления дополнительной воды. На плотность и объём воды также влияет солёность. Связанное с этими изменениями повышение или понижение уровня называют стерическим. Есть и массовый вклад: океан пополняется водой с суши, в частности при таянии ледников и ледяных щитов.

Обычно стерический подъём переводят в количество накопленного тепла с помощью одного глобального коэффициента. Однако вода расширяется по-разному в зависимости от температуры, солёности и давления. Эти параметры меняются как от региона к региону, так и со временем.

Представим два условных столба морской воды, которые получили одинаковое количество тепла. Из-за разной исходной температуры, солёности и давления один столб может расшириться сильнее другого. Если применить к обоим единый коэффициент, расчёт внесёт региональную ошибку. В среднем по всему океану такие ошибки способны частично погасить друг друга, поэтому глобальная оценка будет выглядеть убедительнее, чем оценки по отдельным бассейнам.

Есть и другая причина расхождений. Тепло, накопленное в конкретном бассейне, могло попасть туда не прямо из атмосферы. Его переносят течения, а ветры, перемешивание и расслоение воды влияют на маршруты этого переноса. Особенно сильный нагрев Индийского океана с 2005 по 2015 год авторы связывают с притоком тепла из Тихого океана. На более длинном отрезке, до конца 2024 года, распределение стало равномернее.

Как GAAMR объединяет разные измерения

Метод GAAMR сводит вместе три группы наблюдений. Спутниковая альтиметрия измеряет общий уровень моря. Миссии GRACE и GRACE-FO по изменениям гравитационного поля оценивают массу океана. Поплавки Argo регистрируют температуру и солёность воды.

Совместная инверсия разделяет наблюдаемый подъём моря на массовую и стерическую части. Затем исследователи используют пространственные структуры из океанического реанализа ORAS5 и по отдельности корректируют их по данным наблюдений. Вместо единого коэффициента для всего океана GAAMR применяет разные преобразования к различным пространственным режимам изменения уровня моря и теплосодержания.

За период с 2005 по 2024 год глобальное поглощение тепла океаном составило около 0,62 Вт/м². На Тихий океан пришлось 0,23 Вт/м², на Индийский 0,20 Вт/м², на Атлантический 0,13 Вт/м². Оценка для Южного океана составила 0,02 Вт/м², для Арктического 0,01 Вт/м². Ещё 0,03 Вт/м² пришлись на остальные акватории.

Расчёт также показал, из чего складывался рост уровня моря. С 2005 по 2015 год общий стерический вклад составлял 1,24 ± 0,16 мм в год. В него входили термостерический вклад, связанный с температурой, на уровне 1,22 ± 0,16 мм в год и галостерический вклад, связанный с солёностью, на уровне 0,02 ± 0,02 мм в год. Увеличение массы воды давало ещё 1,94 ± 0,16 мм в год, а общий подъём составлял 3,18 ± 0,22 мм в год. Инверсия разделяет массовую и стерическую составляющие уровня моря, а внутри стерической части позволяет оценить температурный и солёностный вклады.

Результат показывает методологическую ловушку, которую стоит учитывать при подготовке научной статьи: совпадение глобальных средних нельзя автоматически переносить на отдельные регионы. В этой работе общая оценка согласовалась с другими источниками, хотя на уровне бассейнов данные Argo, модели и космогеодезические методы расходились заметно сильнее.

Где точность метода ограничена

GAAMR не полностью независим от моделей. Пространственные структуры взяты из реанализа ORAS5, а наблюдения корректируют их масштаб и изменение во времени. Стерическую составляющую глубокого океана тоже не измеряют напрямую. Её восстанавливают по альтиметрии, данным GRACE и сведениям Argo о верхних 700 метрах.

В полярных районах поплавков Argo мало, поэтому оценки для Арктики и Южного океана нужно трактовать осторожно. После середины 2016 года, когда исходная миссия GRACE приближалась к завершению, качество результатов инверсии снизилось. После запуска GRACE-FO в 2018 году оценки снова приблизились к данным спутникового проекта CERES.

Сам CERES не даёт полностью независимой проверки. Его измерения имеют ограничения радиометрической калибровки, а набор EBAF корректировали с опорой на оценки поглощения тепла по данным Argo.

Месячные карты охватывают период с апреля 2002 по декабрь 2024 года и имеют сетку 0,25°. Месяцы без гравиметрических наблюдений в ряду отсутствуют, включая паузу между миссиями GRACE и GRACE-FO. Метод уточняет региональное распределение тепла в океане, но не заполняет все пробелы наблюдений и сохраняет зависимость от модельного описания пространственных структур.