Global temperatur og temperaturen i verdenshavene

De foregående innleggene om global temperatur viser at temperaturen midlet over jorda varierer mye fra år til år, og at det er sykliske variasjoner med mange års periodetid. Dette kan ikke forklares med en jevnt stigende konsentrasjon av klimagasser i atmosfæren. De tidligere innleggene har også vist at vi må se på tidsintervaller opp mot 20 år og lengere for å se stabile langsiktige trender. Disse langsiktige trendene viser økende temperatur, som aktive klimaforskere mener forårsakes av økningen av klimagasser.

Mye av variasjonene over korte perioder skyldes tilfeldigheter, dvs. endring i vær og ikke i klima.

Noe av variasjonene skyldes endringer i varmeenergien som jorda mottar fra sola. Solaktiviteten endrer seg i 11 års sykluser. Store vulkanutbrudd, som f.eks. Pinatubu i 1991, genererer aerosoler i atmosfæren. De skjermer for solinnstrålingen og virker derved kjølende. De oppholder seg i atmosfæren i størrelsesorden ett år, og forårsaker en dipp i global temperatur.

En dominerende årsak til de sykliske variasjonene i global temperatur er varierende varmeutveksling mellom atmosfæren og verdenshavene og mellom sjiktene i verdenshavene. Det belyses nærmere i dette innlegget.

Havtemperatur
En artikkel i New Scientist forklarer betydningen av å måle temperaturen også under overflaten for å bestemme om et objekt blir varmere eller kaldere. De bruker som eksempel to personer som settes ut i streng kulde. Den ene er godt påkledd, og holder på kroppsvarmen sin. Den andre er tynnkledd, fryser og blir kaldere. En observatør måler hvor mye varme de utstråler, dvs. han måler overflatetemperaturen. For observatøren virker den tynnkledde personen varmest, for overflatetemperaturen hans er høyest. Men han mister varme og vil fryse ihjel etter en tid. Det er innlysende at vi også  må måle kroppstemperaturene deres for å få et riktig bilde av situasjonen. Artikkelen inneholder linker til andre sider som omhandler temperaturen i verdenshavene.

Verdenshavene dekker mere enn 70% av jordas overflate, og de er i gjennomsnitt nesten 4 km dype. Å varme opp 1 kubikkmeter vann 1°C krever mere enn 1000 ganger mere energi enn å varme opp det samme luftvolumet tilsvarende. Varmeenergien i verdenshavene er veldig mye større enn i atmosfæren. Endinger i global temperatur gjenspeiler temperaturvariasjoner i det tynne sjiktet mellom luft/land og luft/sjø, og over korte tidsintervaller forteller de lite om endringer i varmeenergien i verdenshavene. Det er derfor viktig å måle temperaturen i verdenshavene for å kunne besvare spørsmålet om jorda blir varmere eller kaldere.

FNs klimapanel anslår at havtemperaturen i de øverste 700 m har steget 0.1°C i perioden 1961 til 2003, og mye basert på dette anslår de at jordas energiubalanse midlet over jordas overflate for denne perioden tilsvarer 0.21 Watt per m2. Klimapanelet anslår at ca 90% av varmen fra denne ubalansen er lagret i verdenshavene. James Hansen anslår at ubalansen nå tilsvarer ca 0.5 Watt per m2. Han skriver at selv om vi holder konsentrasjonen av klimagasser konstant på dagens nivå, vil global temperatur fortsette å øke i flere hundre år før temperaturen i verdenshavene har stabilisert seg.

Jordas energiubalanse er differansen mellom energien som jorda mottar fra sola og energien som den sender tilbake til verdensrommet. Jorda blir varmere hvis differansen er positiv, og kjøligere hvis den er negativ. Det er derfor viktig å kjenne energiubalansen. Det er vanskelig å måle den direkte fra verdensrommet. Den kan imidlertid måles indirekte ved å måle om verdenshavene blir varmere eller kaldere, for det er jo der mesteparten av overskuddsvarmen lagres.

Anslaget på 0.1°C oppvarming av havet i perioden 1961 til 2003 baserer seg på tusenvis av saltholdighets- og temperaturprofiler målt av oseanografer. I de siste 10 årene har automatiske Argo bøyer kontinuerlig målt disse profilene i de øverste 2000 m av havene. Den første bøyen ble utplassert i 2000, og i september 2011 var 3235 bøyer operative. Argo bøyene omtales nærmere i et senere innlegg.

Sykliske endringer i havstrømmer
Varierende varmeutveksling mellom atmosfæren og verdenshavene, og mellom vannsjiktene i verdenshavene, er en dominerende årsak til de sykliske variasjonene i global temperatur. Vi skal nå kort gå gjennom fire av vær- og havstrømssyklusene som forårsaker denne varierende varmeutvekslingen.

Normalt blåser pasatvindene i Stillehavet vestover fra Sør-Amerika mot Indonesia / Australia, og de skaper en vestgående havstrøm i de øverste vannlagene. Vannet som strømmer vestover erstattes av kald vann som kommer opp fra havdypet langs kysten av Sør-Amerika. Under El Nina er den vestgående passatvinden og havstrømmen i overflaten kraftigere enn vanlig, som gjør at det strømmer mere kaldtvann opp fra dypet ved Sør-Amerika. Dette skaper kjøligere overflatetemperatur, og den globale temperaturen synker. Det er primært en endring i varmeutveksling mellom lagene i verdenshavene og atmosfæren som forårsaker dette fallet i global temperatur, og ikke at varmenergien i verdenshavene reduseres. Under El Nino skjer det motsatte,  passatvindene svekkes eller blåser motsatt vei, dvs. østover mot Sør-Amerika. Det blokkerer for det kalde vannet som normalt kommer opp fra dypet langs kysten av Sør-Amerika, og global temperatur øker.

Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) er endringer i havstrømmene i Nord-Atlanterhavet. AMO har varme og kalde faser som varer 30 til 40 år.

Pacific Decadal Oscillation (PDO) er endringer i overflatetemperaturen i Stillehavet nord for den 20.de breddegraden. I den varme fasen er det varmt vann i den nordøstlige delen av Stillehavet og kaldt vann i den nordvestre. I den kalde fasen er det omvendt. PDO skifter mellom varm og kald fase, og fasene varer mellom 20 og 30 år.