Memperkenalkan Kelebihan dan Redistribusi Suhu.
Oleh: Quran Wu
Memantau dan memahami perubahan kandungan panas lautan adalah tugas penting ilmu iklim karena lautan menyimpan lebih dari 90% panas ekstra yang terperangkap di sistem Bumi. Pemanasan laut menghasilkan kenaikan permukaan laut yang merupakan salah satu konsekuensi paling parah dari perubahan iklim antropogenik.
Pemanasan laut di bawah pemaksaan gas rumah kaca sering dianggap sebagai panas ekstra yang ditambahkan ke permukaan laut oleh pemanasan rumah kaca dan kemudian dibawa ke kedalaman oleh sirkulasi laut. Diagram transpor panas satu arah ini mengasumsikan bahwa semua perubahan suhu bawah permukaan disebabkan oleh propagasi perubahan suhu permukaan, dan banyak digunakan untuk membangun model konseptual serapan panas laut (misalnya, model dua lapis dalam Gregory 2000).
Studi terbaru, bagaimanapun, telah menemukan bahwa perubahan suhu laut di bawah pemanasan rumah kaca juga dipengaruhi oleh redistribusi medan suhu asli (Gregory et al. 2016). Perubahan suhu lautan akibat redistribusi disebut sebagai perubahan suhu terdistribusi, sedangkan akibat perambatan pemanasan permukaan disebut sebagai perubahan suhu berlebih.
Sebuah Analogi Pewarna
Untuk membantu menjelaskan pemisahan kelebihan dan suhu yang didistribusikan kembali, mari kita perhatikan analogi pewarna. Memanaskan lautan dari permukaan seperti menambahkan setetes pewarna ke dalam segelas air yang sudah memiliki distribusi pewarna yang tidak seragam. Setelah injeksi pewarna, dua hal terjadi secara bersamaan. Pertama, pewarna yang baru ditambahkan secara bertahap menyebar ke dalam air di gelas (suhu berlebih). Kedua, injeksi pewarna mengganggu air dan menyebabkan gerakan air yang mengatur ulang pewarna asli (suhu yang didistribusikan kembali). Kedua proses berkontribusi terhadap perubahan konsentrasi pewarna.
Simulasi Model Iklim
Gambar 1: Evolusi waktu perubahan suhu laut rata-rata global (dalam Kelvin) di bawah peningkatan emisi gas rumah kaca dalam simulasi model iklim ( a ). Perubahan (a) didekomposisi menjadi perubahan suhu berlebih (b) dan perubahan suhu yang didistribusikan kembali (c).
Kelebihan dan suhu yang didistribusikan ulang keduanya berasal dari eksperimen pemikiran; tak satu pun dari mereka dapat diamati secara langsung di dunia nyata. Di sini, kami mendemonstrasikan perilaku mereka menggunakan simulasi model iklim di bawah peningkatan emisi gas rumah kaca. Simulasi menunjukkan bahwa pemanasan laut dimulai dari permukaan, dan merambat ke kedalaman secara bertahap, mencapai 500 m setelah 50 tahun (Gambar 1a). Pemanasan lautan sebagian besar didorong oleh perubahan suhu yang berlebihan (bandingkan Gambar 1a dengan 1b) tetapi sangat terganggu oleh redistribusi panas ke bawah di dekat permukaan (pendinginan di permukaan dan pemanasan di bawahnya) (Gambar 1c). Redistribusi panas ke bawah disebabkan oleh pengurangan konveksi laut (yang memompa panas ke atas), karena pemanasan permukaan menstabilkan kolom air.
Implikasi
Membedakan kelebihan dari perubahan suhu yang didistribusikan kembali penting karena mereka berperilaku dengan cara yang berbeda. Sementara seseorang dapat merekonstruksi suhu berlebih di kedalaman dengan menyebarkan perubahan permukaannya menggunakan transportasi laut, hal yang sama tidak dapat dilakukan dengan suhu yang didistribusikan kembali. Ini karena redistribusi suhu berpotensi terjadi di mana saja di lautan, tidak seperti panas ekstra, yang hanya bisa masuk ke laut dari permukaan (di bawah pemanasan rumah kaca). Perbedaan tersebut memiliki implikasi penting untuk memperkirakan sejarah pemanasan laut dari pengamatan permukaan.
Pemanasan lautan secara tradisional diperkirakan dengan menginterpolasi pengukuran suhu in-situ, yang dikumpulkan di lokasi dan waktu yang berlainan, ke lautan global. Metode in-situ ini mengalami ketidakpastian yang besar karena lautan tetap memiliki sampel yang buruk sampai penyebaran pelampung Argo (armada instrumen robotik) secara global pada tahun 2005.
Pendekatan baru untuk memperkirakan pemanasan laut adalah dengan menyebarkan tanda permukaannya, yaitu perubahan suhu permukaan laut, ke bawah menggunakan informasi transportasi laut (Zanna et al. 2019). Metode transpor ini berguna karena mengandalkan pengamatan di permukaan, yang memiliki cakupan historis yang lebih panjang daripada pengamatan di bawah permukaan. Namun, metode ini mengabaikan fakta bahwa sebagian dari perubahan suhu permukaan disebabkan oleh redistribusi suhu, yang tidak sesuai dengan perubahan suhu di bawah permukaan. Dalam simulasi komputer samudra bersejarah, kami menemukan bahwa penyebaran perubahan suhu permukaan laut menghasilkan simulasi pemanasan samudra yang terlalu rendah karena pendinginan redistributif di permukaan (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1c) (Wu dan Gregory 2022). Hasil ini menyoroti perlunya mengisolasi perubahan suhu berlebih dari pengamatan permukaan saat menerapkan metode transportasi untuk merekonstruksi pemanasan laut.
Terima kasih
Terima kasih kepada Jonathan Gregory karena telah membaca versi awal artikel ini dan memberikan komentar dan saran yang bermanfaat.
Referensi:
Gregory, JM, 2000: Perpindahan panas vertikal di lautan dan pengaruhnya terhadap perubahan iklim yang bergantung pada waktu. Dinamika Iklim, 16501–515, https://doi.org/10.1007/s003820000059.
Gregory, JM, dan Rekan Penulis, 2016: Kontribusi Flux-Anomaly-Forced Model Intercomparison Project (FAFMIP) untuk CMIP6: investigasi permukaan laut dan perubahan iklim laut sebagai respons terhadap pemaksaan CO2. Pengembangan Model Geosains, 93993–4017, https://doi.org/10.5194/gmd-9-3993-2016.
Wu, Q., dan JM Gregory, 2022: Memperkirakan serapan panas lautan menggunakan fungsi batas Green: Uji model sempurna dari metode ini. Jurnal Kemajuan dalam Pemodelan Sistem Bumi, 14https://doi.org/10.1029/2022MS002999.
Zanna, L., S. Khatiwala, JM Gregory, J. Ison, dan P. Heimbach, 2019: Rekonstruksi global penyimpanan dan transportasi panas lautan bersejarah. Prosiding National Academy of Sciences, 1161126–1131, https://doi.org/10.1073/pnas.1808838115.
Sumber :