Obsah tepla v oceánu

Co pozorujeme

Obsah tepla v oceánu vyjadřuje, jak se vůči zvolenému základu změnilo množství tepla ve vymezeném objemu mořské vody. Vychází z teplot vody změřených na mnoha místech a v mnoha hloubkách. Výsledek v joulech říká, o kolik se obsah tepla v dané oblasti a vrstvě zvětšil nebo zmenšil.

Každá zveřejněná hodnota proto potřebuje čtyři údaje: oblast, horní a dolní hranici hloubky, období a referenční stav. Samotné číslo „300 ZJ“ úplnou informací není. Může označovat globální součet do 700 metrů, součet do 2 000 metrů nebo jinak vymezenou část oceánu. Stejně důležitá je verze dat, protože nové profily a opravy starších měření mohou změnit i dříve zveřejněné hodnoty.

Základ dnešního postupu je patrný už v globálním výpočtu Levituse a jeho spoluautorů z roku 2000: teplotní odchylky v jednotlivých hloubkách byly převedeny na změnu obsahu tepla a sečteny přes světový oceán. Domingues a kol. v roce 2008 upravili práci s nerovnoměrným pokrytím a historickými přístroji pro horních 700 metrů. Lyman a kol. pak v roce 2010 porovnali několik nezávisle zpracovaných výpočtů a ukázali, jak se na výsledku projevuje volba oprav a prostorového dopočtu. Levitus et al., 2000, Domingues et al., 2008 a Lyman et al., 2010

Levitus a kol. v roce 2012 zveřejnili samostatné globální hodnoty pro vrstvy 0–700 a 0–2 000 metrů a výslovně popsali, že se při výpočtu od každé teploty odečítá referenční průměr. Cheng a kol. v roce 2017 znovu vyhodnotili chybu způsobenou řídkým historickým měřením. Čtvrtá verze datového souboru Institutu fyziky atmosféry Čínské akademie věd, označovaná IAPv4, zachovává stejnou cestu od teplotních profilů ke globálnímu součtu, ale používá novější kontrolu dat, opravy přístrojů a prostorový výpočet. Levitus et al., 2012, Cheng et al., 2017 a Cheng et al., 2024

Rozdíly mezi těmito pracemi jsou vidět i v jednotlivých ročních hodnotách. Vznikají výběrem vstupních měření, zacházením se starými přístroji, referenčním stavem i způsobem odhadu neměřených oblastí. Společné mají to podstatné: vstupem jsou teploty naměřené ve vodním sloupci, výstupem je změna vůči určenému základu a globální číslo je součtem přes přesně uvedenou hloubku.

Historie měření

Jedním z prvních systematických souborů s velkým geografickým rozsahem vznikl během expedice lodi HMS Challenger. Její posádka v letech 1873–1876 zapisovala teplotu hlubokého oceánu na jednotlivých stanicích a v různých hloubkách. Původní zpráva zachovává tabulky i popis těchto pozorování. Šlo o jednotlivé průřezy oceánem, nikoli o pravidelné globální sledování. Zpráva expedice Challenger

Athelstan Spilhaus v roce 1938 popsal mechanický batytermograf, který při ponořování kreslil souvislý záznam teploty proti tlaku v horní části oceánu. Přístroj zrychlil získávání profilů z lodí. Od roku 1967 se ve velkém používal jednorázový batytermograf, anglicky eXpendable BathyThermograph neboli XBT. Sonda se vypustila z plující lodi, měřila teplotu během pádu a hloubka se dopočítala z času a předpokládané rychlosti klesání. XBT byl hlavním zdrojem podpovrchových teplot přibližně do roku 2002. Spilhaus, 1938 a NOAA/NCEI: historie měření XBT

Mezinárodní program Argo začal rozmísťovat autonomní plováky v roce 1999. Regionální síť se rozšířila na globální rozmístění v roce 2004 a cíle 3 000 aktivních plováků dosáhla v roce 2007. Argo tím výrazně zlepšilo pravidelnost měření v otevřeném oceánu do hloubky přibližně 2 000 metrů. Data jsou zveřejňována bez omezení v rychlé provozní podobě i po podrobnější odborné kontrole. Roemmich et al., 2009

Proměna přístrojů je zároveň hranicí toho, co lze z různých období vyčíst. Starší měření jsou soustředěna podél lodních tras a často sahají jen do několika set metrů. Argo pokrývá od poloviny prvního desetiletí 21. století většinu otevřeného oceánu, ale běžné plováky neklesají pod 2 000 metrů a jejich pokrytí je slabší pod mořským ledem, u pobřeží a v mělkých mořích. Současný soubor IAPv4 proto začíná rokem 1940, jeho autoři však údaje považují za podstatně spolehlivější až přibližně od roku 1957. Cheng et al., 2024

Co se skutečně měří

Základním pozorováním je teplotní profil: teplota vody zaznamenaná na jednom místě v jednotlivých hloubkách. Moderní přístroje současně měří tlak, podle něhož se určuje hloubka, a často také elektrickou vodivost, z níž se spolu s teplotou a tlakem počítá slanost. Jeden profil popisuje jediný čas a místo. Globální součet vzniká až následným spojením mnoha profilů.

Plovák Argo většinu desetidenního cyklu unáší proud v hloubce okolo 1 000 metrů. Poté klesne přibližně do 2 000 metrů a při pomalém návratu k hladině zaznamenává tlak, teplotu a vodivost. Na hladině určí svou polohu a odešle data družici. Stejný cyklus opakuje obvykle čtyři až pět let. Argo: popis měřicího cyklu

Lodní sonda, která přímo měří vodivost, teplotu a tlak a označuje se zkratkou CTD, může při spouštění na kabelu dosáhnout až ke dnu. Poskytuje velmi přesný profil, ale loď změří jen trasu a čas své výpravy. Jednorázová sonda XBT umožnila pořizovat více profilů z obchodních i výzkumných lodí, měřila však jen teplotu a její hloubka byla odvozena z rychlosti pádu. Každý přístroj tak přináší jiný druh pokrytí i jiný soubor možných chyb.

Družice sledují například teplotu samotné hladiny nebo výšku mořské hladiny. Teplotu vody v celém sloupci do 2 000 metrů z nich přímo odečíst nelze. Družicové údaje mohou pomoci při kontrole a prostorovém dopočtu, ale historické globální výpočty obsahu tepla stojí především na teplotních profilech pořízených přímo v oceánu. Rozlišení obou typů pozorování je důležité: mapa nebo globální číslo už je zpracovaným výsledkem, nikoli odečtem jediného přístroje.

Jak vzniká globální výpočet

1. Profil dostane místo, čas a původ

U každého měření se uchovává poloha, datum, použitý přístroj, naměřené hodnoty a značky z kontroly kvality. Světová oceánská databáze WOD převádí data z tisíců výprav a programů do společného formátu, vyhledává duplicity a připojuje kontrolní příznaky. Původní naměřené hloubky zachovává a vedle nich nabízí hodnoty převedené na společné standardní hloubky. World Ocean Database

2. Zohlední se vlastnosti jednotlivých přístrojů

Historické přístroje se nechovaly stejně. U sond XBT se hloubka neurčovala tlakem, ale rovnicí popisující pád sondy. Porovnání XBT s lodními profily odhalilo odchylky teploty i vypočtené hloubky, které se navíc měnily s typem sondy a obdobím. Gouretski a Koltermann tento problém podrobně doložili v roce 2007; Levitus a kol. v roce 2009 ukázali, jak opravy mění dřívější globální výpočet. Současné postupy proto používají opravy určené pro konkrétní přístroj a období. Gouretski & Koltermann, 2007, Levitus et al., 2009 a přehled oprav NOAA/NCEI

3. Teplota se porovná se stejným místem a částí roku

Běžná teplota oceánu se mění s polohou, hloubkou i roční dobou. Zpracování proto porovnává lednové měření v určité hloubce s dlouhodobým lednovým průměrem pro stejné místo a hloubku, nikoli s jedním průměrem celého oceánu. Výsledkem je teplotní odchylka vůči referenčnímu stavu. Levitus a kol. tento krok popisují jako nutnou součást definice: bez odečtení referenčního průměru by výsledek závisel i na použité teplotní stupnici. Levitus et al., 2012

4. Pozorování se rozmístí do trojrozměrné mapy

Profily jsou v prostoru i čase nerovnoměrné. Autoři proto rozdělí oceán na buňky a odhadnou teplotní odchylku také v buňkách bez přímého měření. Odhad využívá okolní profily a předem popsanou prostorovou souvislost teplot. Starší období vyžadují více takového dopočtu než období Argo. Výběr postupu není drobnost: při společném experimentu sedmi výzkumných skupin vyšla pro horních 700 metrů jako největší průměrný zdroj rozdílů právě metoda prostorového výpočtu. Boyer et al., 2016

5. Buňky se převedou na jouly a sečtou

V každé buňce se teplotní odchylka spojí s objemem vody, hustotou a měrnou tepelnou kapacitou mořské vody. Tím vznikne změna obsahu tepla v joulech. Součet všech buněk v určené vrstvě dává hodnotu pro oceánskou pánev nebo pro celý světový oceán. NOAA výslovně upozorňuje, že globální výsledek je součet, nikoli prostý průměr teplot. NOAA/NCEI: popis výpočtu

6. K výsledku se připojí nejistota

Nejistotu vytváří přesnost přístrojů, opravy historických měření, řídké pokrytí, prostorový dopočet, volba referenčního stavu a další kroky zpracování. Různé datové soubory nezahrnují vždy stejné položky. IAPv4 například započítává chybu přístrojů, pokrytí a prostorového výpočtu, ale jeho zveřejněný interval zatím nezahrnuje volbu referenčního pole, svislé spojování hodnot ani všechny opravy přístrojů a kontrolu kvality. Autoři tuto hranici své nejistoty uvádějí přímo v metodice. Cheng et al., 2024

Rozsah intervalu kolem křivky odpovídá konkrétnímu modelu nejistoty. Úplný popis proto tvoří jeho šířka i seznam zahrnutých a nezahrnutých zdrojů chyby. Při porovnávání dvou grafů je potřeba číst obojí.

Zveřejňovaná data

Veřejně dostupné zdroje mají dvě odlišné úrovně. Archivy WOD a Argo obsahují jednotlivé profily. Produkty NOAA a IAP už poskytují zkontrolované, prostorově doplněné hodnoty a globální součty. Stažení hotového grafu proto není totéž jako stažení původních měření, z nichž byl vypočten.

Srovnání výpočtů

Křivky různých výzkumných skupin často vycházejí ze stejných archivů profilů, ale jinak vybírají data, opravují přístroje a doplňují prázdná místa. Lyman a kol. v roce 2010 porovnávali tehdejší výpočty se zvláštním důrazem na opravy XBT. Boyer a kol. v roce 2016 drželi vstupní měření stejná a měnili postupně prostorový výpočet, opravy XBT a referenční pole. Tak lze určit, která část rozdílu vzniká až při zpracování a jakou míru nezávislosti jednotlivé výsledky skutečně mají. Lyman et al., 2010 a Boyer et al., 2016

Současná práce Pan a kol. porovnává tři druhy výpočtu pro horních 2 000 metrů. Institut fyziky atmosféry Čínské akademie věd, v grafu označený IAP/CAS, vytváří prostorovou mapu z pozorovaných profilů. Italský Institut mořských věd a služba Copernicus Marine používají oceánskou reanalýzu, tedy spojení měření s numerickým modelem. Všechny tři výsledky ukazují pokračující přírůstek mezi roky 2024 a 2025, jejich absolutní hodnoty však nelze položit přes sebe bez sjednocení referenčního stavu a metodiky. Pan et al., 2026

Pozorování

Globální výpočty z teplotních profilů ukazují dlouhodobý přírůstek obsahu tepla v horních 2 000 metrech oceánu. Směr změny se objevuje ve všech současných datových souborech, i když se jejich roční hodnoty a uvedené nejistoty liší. Nejnovější úplný rok v tomto článku je 2025.

Graf níže ukazuje jediný konkrétní výpočet: IAP/CAS pro vrstvu od hladiny do 2 000 metrů. Sloupce jsou roční hodnoty, černá křivka měsíční hodnoty a zelené úsečky 95% intervaly nejistoty ve vybraných letech. Nula odpovídá průměru let 1981–2010. Modré sloupce proto znamenají méně a červené více tepla než tento průměr; barva sama neoznačuje příčinu změny.

Hodnota 300 ZJ v tomto grafu tedy neznamená, že horní část oceánu obsahuje celkem 300 ZJ. Znamená, že vrstva od hladiny do 2 000 metrů obsahuje přibližně o 300 ZJ více tepla než v průměru let 1981–2010. Měřítko lze převést také na teplotu. Japonská meteorologická agentura ve svém samostatném globálním výpočtu uvádí, že přírůstek 63,9 ZJ za desetiletí odpovídá zvýšení průměrné teploty vrstvy 0–2 000 metrů o 0,022 °C za desetiletí. Ve stejném přibližném poměru představuje 300 ZJ průměrné zvýšení teploty této celé vrstvy asi o 0,10 °C. Jde o průměr přes světový oceán a všechny zahrnuté hloubky; změna na jednotlivých místech může být větší, menší nebo může mít opačné znaménko. Japan Meteorological Agency

OHC anomaly: změna obsahu tepla vůči průměru 1981–2010.

ZJ: zettajoule, 10²¹ joulů.

IAP/CAS: Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences.

Zelené úsečky: autory uvedený 95% interval nejistoty.

Na začátku grafu, v roce 1958, leží roční hodnota přibližně 130 ZJ pod průměrem let 1981–2010; v roce 2025 přesahuje 300 ZJ nad tímto průměrem. Rozdíl mezi prvním a posledním rokem je tedy zhruba 460 ZJ. Při stejném orientačním převodu to odpovídá zvýšení průměrné teploty vrstvy 0–2 000 metrů asi o 0,16 °C. Změna referenčního období by posunula všechny sloupce nahoru nebo dolů, tento rozdíl mezi roky by však zůstal stejný.

Rok 2025 je v tomto výpočtu nejvyšším rokem od začátku zobrazeného období. IAP/CAS uvádí proti roku 2024 přírůstek přibližně 23 ± 8 ZJ v horních 2 000 metrech, což ve stejném měřítku představuje asi 0,008 °C průměrovaných přes celou vrstvu. Výsledky italské reanalýzy a služby Copernicus Marine rovněž ukazují, že se obsah tepla mezi roky 2024 a 2025 dále zvětšil. Tento údaj popisuje meziroční rozdíl konkrétních produktů, nikoli přímo změřené množství jediným přístrojem. Pan et al., 2026

Delší výpočet IAPv4 dovoluje oddělit dvě hloubkové vrstvy. Pro roky 1955–2023 autoři uvádějí průměrný přírůstek 4,4 ± 0,2 ZJ za rok v horních 700 metrech a 2,0 ± 0,1 ZJ za rok mezi 700 a 2 000 metry. Součet pro 0–2 000 metrů je 6,4 ± 0,3 ZJ za rok; uvedené intervaly mají v této práci 90% hladinu spolehlivosti. Výsledek tedy není omezen pouze na vodu těsně pod hladinou. Zároveň stále popisuje horní 2 000 metrů, nikoli celý oceán až ke dnu. Cheng et al., 2024

Globální součet zachycuje celkový výsledek, zatímco jednotlivé oblasti se mění různým směrem a rychlostí. Následující mapa zobrazuje vývoj vrstvy 0–2 000 metrů v letech 1993–2024. Oranžová místa měla kladný trend, modrá záporný a šedé oblasti změnu, která v tomto výpočtu nebyla statisticky významná. Jednotkou je watt na metr čtvereční, tedy průměrná rychlost změny za celé zobrazené období.

Na mapě jsou vedle rozsáhlých oblastí s přírůstkem také oblasti s poklesem. Globální hodnota může růst, pokud kladné změny po sečtení převáží záporné. Tento prostorový obraz je samostatnou částí pozorování: jedna globální křivka zachycuje celkový součet, mapa ukazuje, kde se tento součet skládá.

Voda pod 2 000 metry se sleduje jinou a řidší sítí. Hlavním zdrojem jsou opakované lodní profily až ke dnu a novější plováky Deep Argo. Johnson a Purkey v roce 2024 spojili dostupná lodní měření s Deep Argo a zjistili kladnou globální změnu jak mezi 2 000 a 4 000 metry, tak mezi 4 000 a 6 000 metry; jejich mapy současně obsahují regiony s ochlazením. Tento výsledek je veden odděleně, protože má jiné období, pokrytí i nejistotu než výpočty horních 2 000 metrů. Johnson & Purkey, 2024

Prameny, data a licence