Deutsche Hydrografische Zeitschrift

, Volume 37, Issue 3, pp 107–123 | Cite as

Monthly, seasonal, and interannual variations of the heat content in the surface layers of the northern hemisphere oceans

  • Taivo Laevastu


Monthly heat content changes in the upper 120 m of northern hemisphere oceans were computed for the years 1967 and 1968 to study the seasonal and interannual differences in ocean heat content.

During the winter, greatest interannual differences in heating/cooling occur in the tropics due to cloud cover and trade wind variations, whereas greatest advective changes of heat in the ocean surface layers occur in the mid-latitudes during this season. In the summer, heat exchange patterns are more complex and greater year-to-year and east to west differences occur than during winter. Advective changes at mid-latitudes in summer are smaller, mainly due to slower surface currents, caused by lighter surface winds. Greatest monthly changes in sea surface temperature (SST) occur in mid-latitudes during May and November, while interannual differences in SST in these months are of the order of 1 to 2.5 °C.

Year-to-year differences occur also in the net heat exchange. Most ocean regions north of 15° N lose heat to the atmosphere annually. This heat loss must be compensated by the heat transport with ocean currents. Preliminary calculations show that the heat transport by major ocean currents can fully balance the heat loss at medium and higher latitudes.


Advection Heat Exchange Heat Transport Ocean Current Ocean Heat 
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Monatliche, saisonale und jährliche Änderungen des Wärmeinhalts der ozeanischen Deckschicht der nördlichen Hemisphäre


Zur Untersuchung der saisonalen und jährlichen Unterschiede des ozeanischen Wärmeinhalts wurden für die oberen 120 m der Ozeane der nördlichen Hemisphäre die monatlichen Wärmeinhaltsveränderungen berechnet.

Infolge der Veränderung der Bedeckung und der Passatwinde werden die größten jährlichen Unterschiede in der Erwärmung/Abkühlung in den Tropen im Winter beobachtet. Dagegen treten die größten advektiven Veränderungen des Wärmeinhalts der ozeanischen Oberflächenschichten in den mittleren Breiten während des Winters auf. Im Sommer ist die Verteilung des Wärmeaustausches komplexer, und es werden größere jährliche und ostwestliche Unterschiede beobachtet als während des Winters. Advektive Veränderungen sind in mittleren Breiten im Sommer kleiner, überwiegend infolge geringerer Oberflächenströme, verursacht durch schwächere Winde. Die größten monatlichen Änderungen der Oberflächentemperatur treten in mittleren Breiten im Mai und im November auf, während die jährlichen Unterschiede der Oberflächentemperatur in diesen Monaten in der Größenordnung von 1 bis 2,5 °C liegen.

Auch im Netto-Wärmeaustausch treten jährliche Unterschiede auf. Nördlich von 15° N verlieren die meisten ozeanischen Gebiete im Jahresmittel Wärme an die Atmosphäre. Dieser Wärmeverlust muß durch Wärmetransporte im Ozean kompensiert werden. Erste Berechnungen zeigen, daß der Wärmetransport durch die Hauptstromsysteme den Wärmeverlust in mittleren und hohen Breiten ausgleichen kann.

Variations mensuelles, saisonnières et interannuelles du contenu thermique des couches superficielles des océans de l'hémisphère Nord


Les variations mensuelles du contenu thermique de la couche des 120 m supérieurs des océans de l'hémisphère Nord furent calculées durant les années 1967 et 1968 afin d'étudier les différences saisonnières et interannuelles du contenu thermique.

Les plus grandes différences interannuelles entre le réchauffement et le refroidissement se produisent sous les tropiques en hiver, suite aux variations de la couverture nuageuse et des alizés. Par contre sous les latitudes moyennes c'est en hiver que se manifestent les plus importantes variations par advection du contenu thermique de la couche superficielle. En été le modèle d'échange thermique est plus complexe qu'en hiver et des variations plus grandes d'année en année et d'Est en Ouest ont été observées. Durant l'été, sous les latitudes moyennes, les échanges par advection sont moins importants principalement à cause de courants de surface plus faibles provoqués par des vents de surface moins forts. Les plus grandes variations mensuelles des températures superficielles de la mer (SST) se manifestent sous les latitudes moyennes en mai et novembre, tandis que les différences interannuelles des températures superficielles sont de l'ordre de 1 à, 2,5 °C durant ces mois.

D'année en année des différences apparaissent aussi dans l'échange de chaleur global. La plupart des régions océaniques au nord du parallèle 15° N cède une partie de leur potentiel de chaleur annuel à l'atmosphère. Cette perte de chaleur doit être compensée par le transfert de chaleur par les courants océaniques. Les premiers calculs montrent que la chaleur transportée par les courants océaniques les plus importants peut équilibrer les pertes en chaleur sous les moyennes et hautes latitudes.


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  1. Blanc, T.V., 1983: An error analysis of profile flux, stability, and roughness length in the marine atmospheric surface layer. Boundary-Layer Meteor.26, 243–267.Google Scholar
  2. Bunker, A. F., H. Charnock, and R. A. Goldsmith, 1982. A note on the heat balance of the Mediterranean and Red Seas. J. Mar. Res.40 (Suppl.), 73–84.Google Scholar
  3. Dickson, R., and A. Lee, 1969: Atmospheric and marine climate fluctuations in the North Atlantic Region. In: Progr. in Oceanogr. Oxford: Pergamon Press.5, 55–65.Google Scholar
  4. Hankimo, J., 1964: Some computations of the energy exchange between the sea and the atmosphere in the Baltic Sea. Contr. Finnish Meteorol. Office, Helsinki. No. 57, 26 pp.Google Scholar
  5. Hastenrath, S., 1982. On meridional heat transport in the world oceans. J. phys. Oceanogr.12, 922–927.Google Scholar
  6. Kirk, B., 1983: Poleward heat transport by the ocean. U.S. National Report to the IUGG 1979–82. Rev. Geophys. Space Phys.21, 1131–1137.Google Scholar
  7. Knauss, J., 1969: A note on the transport of the Gulf Stream. Deep-Sea Res.16, 117–123.Google Scholar
  8. Laevastu, T., 1965: Daily heat exchange in the North Pacific, its relation to weather and its oceanographic consequences. Comment. phys.-math., Soc. Scient. Fennica.31, No. 2, 55 p.Google Scholar
  9. Laevastu, T., L. Clarke, and P. M. Wolff, 1970: Annual cycles of heat in the northern hemisphere oceans and heat distribution by ocean currents. Techn. Note. Fleet Num. Weather Central, Monterey. No. 53, 19 pp+52 figures.Google Scholar
  10. Laevastu, T., and P. M. Wolff, 1970: Feedback of energy from the sea to the atmosphere. Techn. Note. Fleet Num. Weather Central, Monterey. No. 54, 21 pp +32 figures.Google Scholar
  11. Laevastu, T., and J. M. Harding, 1974: Numerical analysis and forecasting of surface air temperature and water vapor pressure. J. geophys. Res.79, 4478–80.Google Scholar
  12. Laevastu, T., 1976: Classification and forecasting near-surface ocean thermal structure. Topics in ocean engineering.3, 70–85.Google Scholar
  13. Mosby, H., 1963: Water, salt and heat balance in the North Polar Sea. In: Proc. Arctic Basin Symp. Wash.: Arctic Inst. North Amer. 69–89.Google Scholar
  14. Robinson, M. K., and R. A. Bauer, 1976: Atlas of North Pacific Ocean, monthly mean temperatures and mean salinities of the surface layer. Wash., D. C.: Naval Oceanogr. Office. XIX pp., 173 figs (Naval Oceanogr. Off. Ref. Publ. 2.)Google Scholar
  15. Robinson, M. K., R. A. Bauer, and E. H. Schroeder, 1979: Atlas of North Atlantic-Indian Ocean monthly mean temperatures and mean salinities of the surface layer. Bay St. Louis: Naval Oceanogr. Office. XX pp., 213 figs. (Naval Oceanogr. Off. Ref. Publ. 18.)Google Scholar
  16. Rodewald, M., 1966: Abkühlungstrend in Oberflächenwasser des Nordatlantischen Ozeans. Umschau23, 777.Google Scholar
  17. Shellard, H. C., 1962: Some calculations of terms in the energy balance for monthly periods at the ocean weather stations I and J in the North Atlantic. Scient. Pap. Meteorol. Office, London. No. 11, 13 pp.Google Scholar
  18. Shuleykin, V. A., 1968: The climate of Europe as related to heat transfer in the Atlantic. Izv. Acad. Sci. Atmosph. Oceanic Phys.4, 139–148.Google Scholar
  19. Warren, B. A., and G. H. Volkmann, 1968: Measurement of volume transport of the Gulf Stream south of New England. J. Mar. Res.26, 110–126.Google Scholar
  20. Wolff, P. M., 1967: Numerical synoptic analysis of sea surface temperature. Int. J. Oceanol. & Limnol.1, 277–90.Google Scholar
  21. Wunsch, C., D. V. Hansen, and B. D. Zetler, 1969: Fluctuations of the Florida Current inferred from sea level records. Deep-Sea Res.16, 447–470.Google Scholar
  22. Wyrtki, K., and L. Uhrich, 1982: On the accuracy of heat storage computations. J. phys. Oceanogr.12, 1411–1416.Google Scholar

Copyright information

© Deutsches Hydrographisches Institut 1984

Authors and Affiliations

  • Taivo Laevastu
    • 1
  1. 1.Northwest and Alaska Fisheries CenterNational Oceanic and Atmospheric AdministrationSeattleUSA

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