К оценке теплосодержания Мирового океана по спутниковым данным температуры поверхностного слоя воды

Теплосодержание Мирового океана (ТСМО) вследствие его высокой теплоемкости и инерционности является важнейшим фактором изменений глобального климата. В течение последних 50 лет наблюдается постоянный рост ТСМО, вследствие чего происходит общее увеличение теплосодержания Земли. Временному ряду аномалий ТСМО за период 1955-2009 гг. свойствен отчетливый линейный тренд 0,22×10^22 Дж/год, описывающий 75 % дисперсии исходного ряда.
Несмотря на большую значимость оценок ТСМО, получить их весьма сложно, особенно за длительный период времени. Это связано с большой пространственно-временной неоднородностью глубоководных данных температуры воды, а также значительной трудоемкостью в их обработке, что приводит к неопределенности оценок ТСМО. В связи с этим весьма актуальным является получение косвенных оценок ТСМО по доступным данным.
Поскольку изменения ТСМО обусловлены главным образом поступлением тепла через поверхность океана и дальнейшим его перераспределением по всей толще океана в течение длительного времени, это означает принципиальную возможность оценки ТСМО на основе данных о температуре поверхности океана (ТПО). В качестве входной информации можно использовать глобальные гидрометеорологические архивы реанализа или базы спутниковых наблюдений за ТПО. Хотя спутниковые данные по ТПО имеют более короткую продолжительность наблюдений, но зато их важным достоинством является однородность временных рядов и высокая оперативность получения. Сравнение глобальной ТПО архива реанализа NOAА NCDC ЕRSST и спутникового архива NOAА NCDC OISSTv.2 за период 1982-2011 гг. показало очень высокую корреляцию между ними (r = 0.94) и в тоже время наличие систематической ошибки, свидетельствующей о занижении спутниковой глобальной ТПО на 0.14 С. Весьма важно, что до 2005 г. наблюдался рост ТПО, а затем вплоть до 2011 г. отмечается ее снижение.
Оценка связи ТСМО с глобальными рядами ТПО из этих архивов показала более высокий уровень корреляции со спутниковыми данными, причем максимальная корреляция отмечается при запаздывании ТСМО на 1 год (r = 0.90), что позволяет построить простую линейную прогностическую модель ТСМО с заблаговременностью 1 год. Дополнительно осуществлялось построение более сложной статистической модели оценки ТСМО при запаздывании на 1 год от значений спутниковой ТПО, заданной в узлах географической сетки 0.25х0.25. Общее число узлов составило 1 034 000. С этой целью использовалась многомерная линейная регрессия с пошаговым включением переменных. В результате расчетов было получено, что оптимальная модель ТСМО содержит менее 10 предикторов, расположенных в разных частях океана, имеет коэффициент детерминации, равный R^2=0,94 и стандартную ошибку σy=0,9×10^22 Дж, что значительно меньше стандартного отклонения исходного временного ряда аномалий ТСМО.
Полученные результаты оказались идентичными и подтверждают ранее сделанный авторами вывод о начавшемся в последние годы охлаждении Мирового океана и как следствие – замедлении роста стерической компоненты его уровня. Возможно, в ближайшие годы станет ясно, носит ли охлаждение океана временный характер или это долговременная тенденция.
Работа выполнена в Российском государственном гидрометеорологическом университете при финансовой поддержке гранта Правительства РФ (Договор №11.G34.31.0078) для поддержки исследований под руководством ведущих ученых.