Temperatura de la superficie del mar

La extensión de la superficie oceánica hacia las profundidades está influenciada por la cantidad de mezcla que se produce entre el agua superficial y el agua más profunda. Esto depende de la temperatura: en los trópicos, la capa superficial cálida de unos 100  m es bastante estable y no se mezcla mucho con el agua más profunda, mientras que cerca de los polos, el enfriamiento invernal y las tormentas hacen que la capa superficial sea más densa y se mezcle a gran profundidad para luego estratificarse nuevamente en verano. Por esta razón, no existe una única profundidad simple para la superficie oceánica . La profundidad fótica del océano suele ser de unos 100 m y está relacionada con esta capa superficial caliente. En mar abierto puede alcanzar hasta unos 200 m de profundidad . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

La temperatura de la superficie del mar (TSM) tiene un rango diurno , al igual que la atmósfera terrestre, aunque en menor grado debido a su mayor inercia térmica . ^{[ 8 ]} En días tranquilos, la temperatura puede variar en 6 °C (10 °F) . ^{[ 9 ]} La temperatura del océano en profundidad se retrasa con respecto a la temperatura de la atmósfera terrestre en 15 días por cada 10 metros (33 pies) , lo que significa que para lugares como el Mar de Aral , las temperaturas cerca de su fondo alcanzan un máximo en diciembre y un mínimo en mayo y junio. ^{[ 10 ]} Cerca de la costa, algunos vientos marinos y litorales mueven las aguas cálidas cerca de la superficie mar adentro y las reemplazan con agua más fría de abajo en el proceso conocido como transporte de Ekman . Este patrón generalmente aumenta los nutrientes para la vida marina en la región y puede tener un efecto profundo en algunas regiones donde las aguas del fondo son particularmente ricas en nutrientes. ^{[ 11 ]} Fuera de los deltas de los ríos , el agua dulce fluye sobre el agua de mar más densa, lo que permite que se caliente más rápido debido a la mezcla vertical limitada. ^{[ 12 ]} La TSM detectada remotamente se puede utilizar para detectar la huella de temperatura superficial debida a los ciclones tropicales . En general, se observa un enfriamiento de la TSM después del paso de un huracán, principalmente como resultado de la profundización de la capa mixta y las pérdidas de calor superficiales. ^{[ 13 ]} Tras varios días de brotes de polvo sahariano en el océano Atlántico norte adyacente, las temperaturas de la superficie del mar se reducen de 0,2 °C a 0,4 ° C (0,3 a 0,7 °F). ^{[ 14 ]} Otras fuentes de fluctuación de la TSM a corto plazo incluyen ciclones extratropicales , entradas rápidas de agua dulce glacial ^{[ 15 ]} y floraciones concentradas de fitoplancton ^{[ 16 ]} debido a ciclos estacionales o escorrentía agrícola. ^{[ 17 ]}     

El océano tropical se ha estado calentando más rápido que otras regiones desde 1950, con las mayores tasas de calentamiento en el océano Índico tropical, el océano Pacífico occidental y las corrientes de borde occidental de los giros subtropicales . ^{[ 3 ]} Sin embargo, el océano Pacífico oriental, el océano Atlántico Norte subtropical y el océano Austral se han calentado más lentamente que el promedio mundial o han experimentado enfriamiento desde la década de 1950. ^{[ 3 ]}

Oscilación Multidecadal del Atlántico

Las corrientes oceánicas , como la Oscilación Multidecadal del Atlántico , pueden afectar las temperaturas de la superficie del mar durante varias décadas. ^{[ 18 ]} La Oscilación Multidecadal del Atlántico (AMO) es un importante impulsor de la temperatura superficial del mar (TSM) del Atlántico Norte y del clima del hemisferio norte, pero los mecanismos que controlan la variabilidad de la AMO aún no se comprenden del todo. ^{[ 19 ]} La variabilidad interna atmosférica, los cambios en la circulación oceánica o los impulsores antropogénicos pueden controlar la variabilidad de la temperatura multidecadal asociada con la AMO. ^{[ 20 ]} Estos cambios en la TSM del Atlántico Norte pueden influir en los vientos del Pacífico Norte subtropical y producir TSM más cálidas en el océano Pacífico occidental. ^{[ 21 ]}

El Niño se define por diferencias prolongadas en las temperaturas superficiales del Océano Pacífico en comparación con el valor promedio. La definición aceptada es un calentamiento o enfriamiento de al menos 0,5  °C (0,9  °F) en promedio sobre el Pacífico tropical centro-oriental. Por lo general, esta anomalía ocurre a intervalos irregulares de 2 a 7 años y dura de nueve meses a dos años. ^{[ 23 ]} La duración promedio del período es de 5 años. Cuando este calentamiento o enfriamiento ocurre solo durante siete a nueve meses, se clasifica como "condiciones" de El Niño/La Niña; cuando ocurre durante más de ese período, se clasifica como "episodios" de El Niño/La Niña. ^{[ 24 ]}

El signo de El Niño en el patrón de temperatura de la superficie del mar es cuando el agua cálida se extiende desde el Pacífico occidental y el Océano Índico hacia el Pacífico oriental. Lleva consigo la lluvia, causando una sequía extensa en el Pacífico occidental y precipitaciones en el Pacífico oriental, normalmente seco. La corriente cálida de agua tropical pobre en nutrientes de El Niño, calentada por su paso hacia el este en la Corriente Ecuatorial, reemplaza el agua superficial fría y rica en nutrientes de la Corriente de Humboldt . Cuando las condiciones de El Niño se prolongan durante muchos meses, el calentamiento extenso del océano y la reducción de los vientos alisios del este limitan el afloramiento de agua profunda fría y rica en nutrientes, y su impacto económico en la pesca local para el mercado internacional puede ser grave. ^{[ 25 ]}

Entre los científicos, existe una confianza media en que el Pacífico tropical transitará a un patrón medio similar al de El Niño en una escala temporal centenaria, pero aún existe una gran incertidumbre en las proyecciones de la temperatura superficial del mar en el Pacífico tropical debido a la dificultad de capturar la variabilidad de El Niño en los modelos climáticos. ^{[ 3 ]}

En general, los científicos proyectan que todas las regiones de los océanos se calentarán para 2050, pero los modelos discrepan en cuanto a los cambios de la temperatura superficial del mar (TSM) previstos en el Atlántico Norte subpolar, el Pacífico ecuatorial y el Océano Austral. ^{[ 3 ]} El aumento futuro de la TSM media global para el período 1995-2014 a 2081-2100 es de 0,86  °C según los escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero más moderados, y de hasta 2,89  °C según los escenarios de emisiones más severos. ^{[ 3 ]}

Un estudio publicado en 2025 en Environmental Research Letters informó que el aumento de la temperatura media global de la superficie del mar se había cuadruplicado con creces, pasando de 0,06  K por década durante 1985-89 a 0,27  K por década para 2019-23. ^{[ 27 ]} Los investigadores proyectaron que el aumento inferido durante los últimos 40 años probablemente se superaría en los próximos 20 años. ^{[ 27 ]}

La temperatura de la superficie del mar fue una de las primeras variables oceanográficas en medirse. Benjamin Franklin suspendió un termómetro de mercurio de un barco mientras viajaba entre Estados Unidos y Europa en su exploración de la Corriente del Golfo a finales del siglo XVIII. Posteriormente, la temperatura de la superficie del mar se midió sumergiendo un termómetro en un cubo de agua extraída manualmente de la superficie. La primera técnica automatizada para determinar la temperatura de la superficie del mar se logró midiendo la temperatura del agua en la toma de agua de los grandes buques, lo cual ya se estaba implementando en 1963. Estas observaciones presentan un sesgo positivo de alrededor de 0,6 °C (1 °F) debido al calor de la sala de máquinas. ^{[ 29 ]}  

Las boyas meteorológicas fijas miden la temperatura del agua a una profundidad de 3 metros (9,8 pies) . Las mediciones de la temperatura superficial del mar (TSM) han presentado inconsistencias durante los últimos 130 años debido a la forma en que se realizaban. En el siglo XIX, las mediciones se tomaban en un cubo desde un barco. Sin embargo, existía una ligera variación en la temperatura debido a las diferencias entre los cubos. Las muestras se recogían en un cubo de madera o en un cubo de lona sin aislamiento, pero el cubo de lona se enfriaba más rápido que el de madera. El cambio repentino de temperatura entre 1940 y 1941 fue el resultado de un cambio de procedimiento no documentado. Las muestras se tomaban cerca de la toma de aire del motor porque era demasiado peligroso usar luces para tomar mediciones desde el costado del barco por la noche. ^{[ 30 ]} 

Existen muchas boyas a la deriva diferentes en todo el mundo que varían en diseño, y la ubicación de los sensores de temperatura confiables también varía. Estas mediciones se transmiten a satélites para la distribución automatizada e inmediata de datos. ^{[ 31 ]} El Centro Nacional de Boyas de Datos (NDBC) mantiene una gran red de boyas costeras en aguas estadounidenses . ^{[ 32 ]} Entre 1985 y 1994, se desplegó una extensa red de boyas amarradas y a la deriva en el Océano Pacífico ecuatorial, diseñada para ayudar a monitorear y predecir el fenómeno de El Niño . ^{[ 33 ]}

Los satélites meteorológicos han estado disponibles para determinar la temperatura de la superficie del mar desde 1967, y los primeros compuestos globales se crearon durante 1970. ^{[ 34 ]} Desde 1982, ^{[ 35 ]} los satélites se han utilizado cada vez más para medir la temperatura de la superficie del mar (TSM) y han permitido observar con mayor detalle su variación espacial y temporal . Las mediciones satelitales de la TSM concuerdan razonablemente con las mediciones de temperatura in situ . ^{[ 36 ]} La medición satelital se realiza detectando la radiación oceánica en dos o más longitudes de onda dentro de la parte infrarroja del espectro electromagnético u otras partes del espectro que luego pueden relacionarse empíricamente con la TSM. ^{[ 37 ]} Estas longitudes de onda se eligen porque:

1. dentro del pico de la radiación de cuerpo negro esperada de la Tierra, ^{[ 38 ]} y
2. capaz de transmitirse adecuadamente bien a través de la atmósfera ^{[ 39 ]}

La medición satelital de la temperatura superficial del mar (TSM) proporciona una visión sinóptica del océano y una alta frecuencia de vistas repetidas, ^{[ 40 ]} lo que permite examinar la dinámica de la capa superior del océano en toda la cuenca , algo que no es posible con barcos o boyas. Los satélites MODIS (Espectrorradiómetro de Imágenes de Resolución Moderada) de la NASA (Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio) han estado proporcionando datos globales de TSM desde el año 2000, disponibles con un retraso de un día. Los satélites GOES (Satélites Terrestres en Órbita Geoestacionaria) de la NOAA ( Archivado el 17 de agosto de 2020 en Wayback Machine) son geoestacionarios sobre el hemisferio occidental, lo que les permite entregar datos de TSM cada hora con solo unas pocas horas de retraso.

Existen varias dificultades con las mediciones absolutas de la temperatura superficial del mar (TSM) basadas en satélites. Primero, en la metodología de teledetección infrarroja, la radiación emana de la capa superior del océano , aproximadamente los 0,01 mm superiores o menos, lo que puede no representar la temperatura global del metro superior del océano debido principalmente a los efectos del calentamiento solar superficial durante el día, la radiación reflejada, así como la pérdida de calor sensible y la evaporación superficial. Todos estos factores dificultan la comparación de los datos satelitales con las mediciones de boyas o métodos a bordo de buques, lo que complica los esfuerzos de verificación en campo. ^{[ 41 ]} En segundo lugar, el satélite no puede atravesar las nubes, lo que crea un sesgo frío en las TSM derivadas de satélite dentro de las áreas nubosas. ^{[ 9 ]} Sin embargo, las técnicas de microondas pasivas pueden medir con precisión la TSM y penetrar la capa de nubes. ^{[ 37 ]} Dentro de los canales de sonda atmosférica en los satélites meteorológicos , que alcanzan su máximo justo por encima de la superficie del océano, el conocimiento de la temperatura superficial del mar es importante para su calibración. ^{[ 9 ]}

Una temperatura oceánica de al menos 26,5 °C (79,7 °F ) que se extienda a una profundidad mínima de 50 metros es uno de los precursores necesarios para mantener un ciclón tropical (un tipo de mesociclón ). ^{[ 45 ] [ 46 ]} Estas aguas cálidas son necesarias para mantener el núcleo cálido que alimenta los sistemas tropicales. Este valor está muy por encima de 16,1  °C (60,9  °F), la temperatura superficial media global a largo plazo de los océanos. ^{[ 47 ]} Sin embargo, este requisito puede considerarse solo una línea de base general porque supone que el entorno atmosférico que rodea un área de tiempo perturbado presenta condiciones promedio. Los ciclones tropicales se han intensificado cuando las TSM estaban ligeramente por debajo de esta temperatura estándar.

Se sabe que los ciclones tropicales se forman incluso cuando no se cumplen las condiciones normales. Por ejemplo, las temperaturas del aire más frías a mayor altitud (p. ej., a 500 hPa , o 5,9 km) pueden provocar ciclogénesis tropical a temperaturas del agua más bajas, ya que se requiere un cierto gradiente térmico para que la atmósfera sea lo suficientemente inestable para que se produzca convección. En una atmósfera húmeda, este gradiente térmico es de 6,5 °C/km, mientras que en una atmósfera con menos del 100 % de humedad relativa , el gradiente térmico requerido es de 9,8 °C/km. ^{[ 48 ]}    

A 500  hPa, la temperatura del aire promedio es de -7  °C (18  °F) en los trópicos, pero el aire en los trópicos suele ser seco a esta altura, lo que le permite experimentar un enfriamiento por humidificación, alcanzando una temperatura más favorable que puede sustentar la convección. Se requiere una temperatura de bulbo húmedo de -13,2 °C (8,2 °F) a 500  hPa en una atmósfera tropical para iniciar la convección si la temperatura del agua es de 26,5 °C (79,7 °F) , y este requisito de temperatura aumenta o disminuye proporcionalmente en 1 °C en la temperatura de la superficie del mar por cada 1 °C de cambio a 500 hPa. Dentro de un ciclón frío , las temperaturas a 500 hPa pueden descender hasta -30 °C (-22 °F) , lo que puede iniciar la convección incluso en las atmósferas más secas. Esto también explica por qué la humedad en los niveles medios de la troposfera , aproximadamente en el nivel de 500 hPa, es normalmente un requisito para el desarrollo. Sin embargo, cuando se encuentra aire seco a la misma altura, las temperaturas a 500 hPa deben ser aún más frías, ya que las atmósferas secas requieren un gradiente térmico mayor para la inestabilidad que las atmósferas húmedas. ^{[ 49 ] [ 50 ]} A alturas cercanas a la tropopausa , la temperatura promedio de 30 años (medida en el período comprendido entre 1961 y 1990) fue de −77 °C (−132 °F). ^{[ 51 ]} Un ejemplo de un ciclón tropical que se mantuvo sobre aguas más frías fue Epsilon a finales de la temporada de huracanes del Atlántico de 2005. ^{[ 52 ]}