Proč je satelitní pozorování oceánů klíčové pro pochopení klimatu a rizik?

Oceán představuje základní složku tepelného rozpočtu planety díky své vysoké tepelné setrvačnosti a rozsáhlým povrchovým i hlubinným cirkulacím. Dokáže absorbovat a uchovávat značné množství tepla a antropogenního tepelného přebytku po dobu až tisíce let, což je dáno dobou obratu hlubokých vod. Kromě tepla je oceán zároveň významným rezervoárem oxidu uhličitého, do nějž se každý rok ukládá přibližně 2,4 gigatun uhlíku prostřednictvím propojených fyzikálně-biogeochemických procesů, jako jsou termodynamické, biologické a karbonátové pumpy. Dále oceán přijímá i jiné skleníkové plyny, například oxid dusný a metan, které výrazně ovlivňují nejen tepelný rozpočet atmosféry a její oteplování, ale i stav oceánu a kryosféry.

Vedle klimatických funkcí představuje oceán zdroj rizik, jež se stále více projevují v důsledku změny klimatu: stoupání hladiny moří, zesilování bouří a tropických cyklón, záplavy způsobené bouřkovými přílivy v kombinaci s přílivy a větrem, toxické řasové květy či znečištění moří. Produktivita oceánu tvoří základ potravy mnoha ekosystémů a rybolovu, a proto jakákoliv změna v oceánských procesech může mít katastrofální dopad nejen na přírodní rovnováhu, ale i na obyvatele a ekonomiku řady států.

Z těchto důvodů je nezbytné systematické monitorování oceánu, které zahrnuje parametry jako hladinu moře, větry, teplotu či biologickou produktivitu. Satelitní senzory jsou v tomto ohledu neocenitelné, neboť poskytují globální pokrytí, pravidelný časový i prostorový vzorek a přístup k široké škále klíčových veličin: výška hladiny moře, rychlost a směr větru na rozhraní oceánu a atmosféry, výška a spektrum vln, teplota povrchové vody, salinita, barva oceánu odrážející chemické a biologické složení, a také koncentrace mořského ledu.

Navzdory některým nevýhodám, jako je nižší přesnost satelitních dat ve srovnání s přímými měřeními či omezené pronikání elektromagnetického záření pod hladinu, zůstává satelitní pozorování jedinou metodou umožňující dlouhodobý, celosvětový a systematický monitoring oceánského povrchu. Satelity dokáží během několika dní pokrýt celý povrch Země a zachytit tak synoptický obraz oceánů v různých časových měřítkách, od hodin po roky. To je zásadní vzhledem k proměnlivosti oceánu a jeho klíčové roli v atmosférických procesech.

Kromě fyzikálních veličin umožňuje dálkové snímání oceánů také sledování biologických a chemických procesů, což má zásadní dopad na oceánskou produktivitu a tím i na potravní řetězce a rybolov. Například změny v barvě oceánu mohou signalizovat výskyt fytoplanktonu nebo škodlivých řasových květů, což má přímý vliv na kvalitu mořských ekosystémů.

Jaké informace o slanosti mořské vody nám přináší satelitní měření a jak ovlivňují oceánské procesy?

Většina sladkovodních toků do oceánů se soustřeďuje v oblastech, kde převládá buď odpařování nad srážkami, nebo naopak, což se přímo odráží v hodnotách povrchové slanosti mořské vody (SSS). V subtropických oblastech, kde převládá odpařování, dosahuje slanost hodnot nad 35 psu, zatímco v polárních oblastech a pod rovníkovou konvergencí (ITCZ), kde je srážek více, je slanost nižší, často pod 35 psu. Extrémně nízké hodnoty (pod 30 psu) se vyskytují v oblastech velkých říčních ústí, jako jsou Amazonka nebo Kongo, kde sladká voda výrazně ovlivňuje místní oceánský systém.

Slanost spolu s teplotou významně ovlivňuje hustotu mořské vody a tím i dynamiku oceánů. V subpolárních oblastech intenzivní ochlazování vede k tvorbě mořského ledu, který při tvorbě vylučuje sůl, čímž zvyšuje slanost vody pod ledem a podporuje oceánskou konvekci. Naopak v letech s výraznými negativními anomáliemi slanosti v subpolárním Atlantiku byla zaznamenána dočasná ztráta konvekce, jež má vliv na globální cirkulaci oceánů. S globálním oteplováním a táním kontinentálních ledovců lze proto očekávat pokles slanosti v těchto regionech, což může mít zásadní dopad na oceánské proudy a klima.

V tropických oblastech pak nízká slanost způsobená vysokými srážkami nebo sladkovodním odtokem vytváří výraznou vertikální stratifikaci, která omezuje mísení teplých povrchových vod s chladnějšími hlubinnými. Tato stratifikace zvyšuje intenzitu interakce mezi oceánem a atmosférou, což může zesilovat tropické cyklóny nad oblastmi s říčním odtokem, například nad Amazonkou, nebo podporovat vznik a sílu jevů jako El Niño.

Dosud byly na oběžné dráze vyslány tři významné mise: ESA SMOS, NASA Aquarius a NASA SMAP, které měří slanost s rozlišením od 40 do 100 km a opakovací periodou 3 až 7 dní. Satelity však měří slanost pouze v povrchové vrstvě o hloubce kolem jednoho centimetru, což může způsobovat rozdíly oproti hloubkově měřeným hodnotám, protože vliv čerstvé vody z deště rychle klesá s hloubkou. Přesto tyto data významně rozšiřují možnosti sledování oceánských procesů na globální úrovni a přispívají k lepšímu pochopení dynamiky hydrologického cyklu.

Záznamy satelitních měření již poskytují cenné informace o proměnách slanosti spojených s klimatickými jevy. Například anomálie slanosti v severním Atlantiku korelují s množstvím srážek v Sahelu a v oblasti Středozápadu USA, což potvrzuje význam oceánského odpařování pro transport vlhkosti nad pevninu. Satelitní data také zachycují vlivy El Niño, kde dochází k výraznému oslazení povrchových vod v rovníkové části Tichého oceánu, které souvisí s zesíleným deštěm a změnou oceánských proudů, což přispívá k jedněm z nejsilnějších zaznamenaných El Niño událostí.

Na menších prostorových škálách lze satelitní snímky využít ke sledování vlivu řek na oceánské prostředí. Například průchod hurikánu nad říčním ústím Amazonky zanechává za sebou charakteristickou „slanostní stopu“, která dokumentuje vliv sladké vody na dynamiku atmosféry a oceánu. Studie naznačují, že právě slanostní stratifikace v těchto oblastech může přispívat k zesílení hurikánů, protože omezuje mísení teplých povrchových vod s chladnějšími hlubinnými vrstvami, čímž udržuje energii dostupnou pro bouři.

Důležitost přesných a dlouhodobých měření hladiny moře (SSH) nelze opomenout, neboť hladina moře je jedním z klíčových indikátorů změny klimatu. Je ovlivňována teplotní expanzí oceánu, táním ledovců a změnami v hydrologickém cyklu. Měření SSH z vesmíru pomocí radarové altimetrie umožňuje sledovat globální i regionální změny hladiny moře s přesností na centimetry a zároveň poskytuje informace o oceánských proudech, konvekci, vzestupu a poklesu hladiny, které významně ovlivňují klima a rizika přílivových povodní.

Významnou stránkou je také interakce mezi oceánem a atmosférou, kde změny slanosti a hladiny moře působí jako ukazatele komplexních procesů, ovlivňujících nejen oceánskou cirkulaci, ale i počasí a klimatické systémy na pevnině.

Přes satelitní měření je důležité chápat, že oceán není homogenní, a jeho fyzikální vlastnosti se mění nejen prostorově, ale i časově. Slanost, teplota a hladina moře společně tvoří dynamický systém, jehož sledování je zásadní pro předpovědi klimatu a posuzování dopadů globálních změn. Technologie satelitní radiometrie a altimetrie se stále vyvíjejí a přinášejí nové možnosti, jak zachytit tyto komplexní interakce s vyšším rozlišením a přesností.

Důležité je rovněž uvědomit si, že satelitní data je třeba interpretovat ve spojení s in situ měřeními a modely, aby bylo možné plně pochopit oceánské procesy a předpovídat jejich dopady na globální i lokální klima a přírodní hazardy. Vliv sladké vody na oceánskou dynamiku je zvláště citlivý na změny klimatu, které ovlivňují cyklus vody a přirozené oceánské proudy, což má přímé důsledky nejen pro oceán, ale i pro atmosféru a lidské společnosti závislé na těchto systémech.