К оценке влияния температуры поверхностного слоя воды на обмен углекислым газом в системе океан-атмосфера для различных пространственно-временных масштабов

Температура поверхности океана (ТПО) является наиболее важным фактором, определяющим не только величину, но и направление потока СО2 в системе океан–атмосфера. Помимо прямого влияния на растворимость СО2 в морской воде, температура оказывает опосредованное воздействие на величину чистой первичной продукции фитопланктона, которая тесно связана с процессами биологического потребления углерода, а, следовательно, с потоками СО2 в системе океан – атмосфера. В связи этим влияние поля температуры на формирование источников и стоков СО2 оказывается неоднозначным и существенно различным в разных широтных зонах океана.
Исходными данными послужили спутниковые данные о температуре поверхности океана (ТПО) с 1 января 1982 года по 31 декабря 2012 года в узлах географической сетки 0.25˚х 0.25˚ (OISSTv2) и среднемесячные значения потока СО2 за период 1982-2011 гг. в узлах сетки 4˚широты × 5˚долготы, для расчета которого используются спутниковые данные по ветру в приводном слое атмосферы. В результате анализа зонально-осредненных по 4-хградусным широтным зонам Мирового океана этих характеристик показано, что в тропических и субтропических широтах обоих полушарий отмечается практически синхронная связь сезонной изменчивости ТПО и потока СО2. Именно здесь влияние ТПО на поток СО2 в сезонном масштабе представляется наибольшим. Вклад годовой гармоники в дисперсию среднемесячных глобальных значений ∆Т(gl) и FСО2(gl) составляет соответственно 67% и 63%, а полугодовой – 15% и 24%. Весьма важно, что годовая гармоника ∆Т(gl) (фаза Ф=2.3 мес.) опережает годовую гармонику потока FСО2(gl). Очевидно, именно глобальные изменения ∆Т(gl) стимулируют изменения результирующего потока СО2 в годовом ходе.
Противоположные тенденции отмечаются во взаимосвязях среднегодовых среднеширотных значений ТПО и потока СО2. С одной стороны, в умеренных и высоких широтах обоих полушарий при росте ТПО происходит увеличение потока СО2 в океан, а в экваториальной зоне 6˚с.ш. – 10˚ ю.ш. – уменьшение потока СО2 в атмосферу. С другой – в тропических и субтропических широтах при росте ТПО поток СО2 в океан уменьшается, а в зоне 10–18˚ ю.ш. поток СО2 в атмосферу увеличивается. В связи с этим не соответствует действительности мнение о безусловном усилении поглощения СО2 океаном при уменьшении температуры воды. Взаимосвязь годовых значений ∆Т(gl) и FСО2(gl) носит сложный характер. До 1997 г. тренды имеют разные знаки и одинаковые после 1997 г. Если же рассматривать эти временные ряды в отклонениях от тренда, то проявляется отчетливая тенденция их противоположных колебаний (коэффициент корреляции r=–0.49). С ростом ТПО поток СО2 в атмосферу уменьшается и усиливается поглощение СО2 океаном, что связано с особенностями межгодовой изменчивости ТПО и потока СО2 в умеренных и высоких широтах обоих полушарий и в экваториальной зоне.
С учетом высоких корреляционных связей между ТПО и потоком СО2, осуществлено построение статистических моделей, позволяющих косвенным образом с достаточно высокой точностью оценивать результирующий поток СО2 (FСО2(gl)) по спутниковым данным об аномалиях ТПО. Первая модель основана на среднеширотных значениях аномалий ТПО и включает всего три предиктора, главным из которых является широтная зона 2−6˚с.ш., вторая – аномалии ТПО в узлах сетки 4˚широты × 5˚долготы, в которой также главным предиктором служит квадрат в центре Тихого океана в зоне 2−6˚с.ш. Таким образом, именно ТПО в экваториальной зоне практически регулирует межгодовую изменчивость результирующего потока СО2 в системе океан-атмосфера.
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.