Γιατί και πως μετράμε τη θερμοκρασία της θάλασσας;

H επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας είναι μια από τις πλέον σημαντικές και ευρέως μετρούμενες παραμέτρους στον ωκεανό. Παίζει καθοριστικό ρόλο στην διαμόρφωση του καιρού και του κλίματος της Γης, βραχυπρόθεσμα, ρυθμίζοντας τις ανταλλαγές θερμότητας, υγρασίας, ορμής, αερίων και γλυκού νερού μεταξύ της ατμόσφαιρας και του ωκεανού. Καθώς βρίσκεται στην διεπιφάνεια μεταξύ των δύο αυτών ρευστών, μεταβάλλει ταυτόχρονα τις οριζόντιες αλλά και κατακόρυφες βαθμίδες θερμοκρασίας στα ανώτερα στρώματα του ωκεανού [1] ενώ η χωρική της κατανομή αποτελεί ένδειξη της δομής των υποκείμενων ωκεάνιων διαδικασιών, όπως τα ωκεάνια μέτωπα, τα ρεύματα, οι δίνες και η παράκτια ανάβλυση αλλά και των ανταλλαγών μεταξύ των παράκτιων και των περιοχών του ανοιχτού ωκεανού [2]. Παράλληλα, η επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας σχετίζεται με την κατανομή των θρεπτικών συστατικών (π.χ. χλωροφύλλη) στον ωκεανό, όπου σε συνδυασμό με την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφάται καθορίζουν την πρωτογενή παραγωγή και κατα συνέπεια την χωρική κατανομή των θαλάσσιων ειδών, τα οποία έχουν διάφορες αντοχές στη θερμοκρασία [3]. Λόγω της πολυδιάστατης σημασίας της, η επιφανειακή θερμοκρασία του ωκεανού αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους δείκτες της κλιματικής αλλαγής αλλά και μια από τις σημαντικότερες μεταβλητές για τα συστήματα πρόγνωσης.

Πριν από τη δεκαετία του 1980, οι μετρήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας πραγματοποιούνταν με ειδικά όργανα σε ακτές, πλοία και σημαδούρες. Η πρώτη μάλιστα αυτοματοποιημένη μέθοδος ήταν η ανάλυση του νερού που περνούσε από τις θύρες εισόδου των ποντοπόρων πλοίων. Εντούτοις, λόγω του διαφορετικού βάθους των θυρών εισόδων των διαφόρων πλοίων, οι μετρήσεις μπορεί να διέφεραν σημαντικά. Παρότι η μέθοδος αυτή οδηγούσε σε ικανή δειγματοληψία κατά μήκος των μεγάλων ναυτιλιακών οδών, το μεγαλύτερο μέρος του αχανούς ωκεανού παρέμενε απαρατήρητο. Από το 1980 και μετά λοιπόν, οι περισσότερες μετρήσεις επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας προέρχονται από δορυφόρους, οι οποίοι βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη γη. Αυτό επιτρέπει μέσα σε μόλις 3 μήνες την συλλογή μεγαλύτερου όγκου δεδομένων από αυτόν που είχαμε συσσωρεύσει μέχρι την έλευση των δορυφόρων [2]. 

Η λειτουργία των δορυφορικών μετρήσεων στηρίζεται στο ότι κάθε σώμα (οπότε και τα μόρια νερού στην επιφάνεια της θάλασσας) με θερμοκρασία άνω του απόλυτου μηδέν εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η ένταση της οποίας εξαρτάται από την θερμοκρασία του. Οι αισθητήρες των δορυφόρων “διαβάζουν” από το διάστημα την ακτινοβολία αυτή. Ωστόσο, λόγω της απορρόφησης της εκπεμπόμενης από τον ωκεανό υπέρυθρης ακτινοβολίας από τα σύννεφα, οι αισθητήρες της υπέρυθρης ακτινοβολίας – οι οποίοι παρέχουν υψηλή χωρική ανάλυση της επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας- είναι λιγότερο ακριβείς στις μετρήσεις τους συγκριτικά με τους αισθητήρες των μικροκυμάτων, τα οποία μπορούν να διαπερνούν τα σύννεφα [2].

Γενικότερα, για να μπορέσουν οι ειδικοί να διακρίνουν καλύτερα τη πραγματική θερμοκρασία του ωκεανού από εκείνη που φτάνει στους δορυφόρους λόγω της απορρόφησής της από τα στοιχεία της ατμόσφαιρας, π.χ τους υδρατμούς και το διοξείδιο του άνθρακα, χρησιμοποιούν διάφορες τεχνικές, συμπεριλαμβανομένου της απομόνωσης της υπέρυθρης ακτινοβολίας που προέρχεται από την ατμόσφαιρα, τη χρήση αλγορίθμων διόρθωσης της ακτινοβολίας η οποία απορροφάται από τα στοιχεία της ατμόσφαιρας, τον συνδυασμό μετρήσεων με υπέρυθρη και μικροκυματική ακτινοβολία, τη χρήση πολλαπλών δορυφόρων για τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε μία περιοχή υπό διαφορετικές γωνίες κ.α.

Εικόνα 1: Παραδείγματα συστημάτων μέτρησης της θερμοκρασίας των ωκεανών. Φωτογραφία απο OceanOps © Thomas Haessig. (https://tos.org/oceanography/article/monitoring-boundary-currents-using-ocean-observing-infrastructure)

Σήμερα, οι θερμοκρασίες που “διαβάζουν” οι δορυφόροι, ελέγχονται για την ακρίβειά τους και μέσω μετρήσεων θερμοκρασίας σε πλοία αλλά και απο χιλιαδες αυτόνομους πλωτήρες (Εικόνα 1: Argo Profiling floats, Surface Drifters, Gliders) [2] οι οποίοι επιπλέουν στην επιφάνεια της θάλασσας ή μετακινούνται σε διάφορα βάθη, συλλέγοντας δεδομένα θερμοκρασίας, τα οποία μεταδίδουν μέσω δορυφορικών συνδέσεων σε ερευνητικά κέντρα. Εκτός απο τους πλωτήρες, μακροχρόνιες μετρήσεις της θερμοκρασίας της θάλασσας κάτω από την επιφάνεια λαμβάνονται με τη βοήθεια ειδικών συστημάτων/αγκυροβολίων (Εικόνα 1: Moored Buoys) που ποντίζονται σε συγκεκριμένες τοποθεσίες.

Πηγες:

[1] Simoncelli, S., Manzella, G. M., Storto, A., Pisano, A., Lipizer, M., Barth, A., … & Diggs, S. (2022). A collaborative framework among data producers, managers, and users. In Ocean Science Data (pp. 197-280). Elsevier.

[2] https://podaac.jpl.nasa.gov/SeaSurfaceTemperature

[3] https://oceantracks.org/library/oceanographic-factors/sea-surface-temperature

To σχήμα του εξώφυλλου προέρχεται απο: https://image.ifremer.fr/data/00621/73314/