Worldwide evolution of sea surface temperature under climate change

Abstract

Climate changes refer to any substantial changes in measures of climate lasting for an extended period. One the important ways to track and investigate the causes and effects of climate change is through the use of indicators, like sea surface temperature (SST). Thus, the main aim of this dissertation is to understand the impacts of climate changes in future SST variability with analysis of SST data from global climate models (GCMs) of CMIP5 project. The methodology adopted comprised two fundamental steps: 1) worldwide SST data division in regions with K-means cluster and validation of CMIP5 models with a comparative analysis between SST data of CGMs of CMIP5 and SST data of Era Interim reanalysis; 2) calculate differences between future (2070-2100 and 2020-2050) and historical (1975-2005) SST data for RCP4.5 and RCP 8.5 climatic scenarios, and compute trends between 1975 and 2100 for both RCP scenarios. SST data of CGMs of CMIP5 are divided into eight regions. Most of GCMs of CMIP5 have a good SST reproducibility. North Hemisphere regions present a higher thermal amplitude when compared with equivalent regions of South Hemisphere. The differences between long-term future and historical regime are larger than differences between near-term future and historical regime. For long-term future, worldwide SST has mean increments of 2.46 oC and 1.35 oC for RCP 8.5 and RCP 4.5 scenarios, respectively. For near-term future, SST has mean increments of 0.86 oC and 0.73 oC for RCP 8.5 and RCP 4.5 scenarios, respectively. Polar Regions present higher percentual variability, being possible to conclude that Polar Regions will have larger changes, reflecting an overheating on these regions. For RCP 8.5 scenario, SST trends are 4.34 oC/dec (maximum) and 1.64 oC/dec (minimum) for north sub-tropical region (STRN) and south polar region (PRS), respectively. Regarding RCP 4.5 scenario, SST trends are 2.64 oC/dec (maximum) and 0.94 oC/dec (minimum) for STRN and PRS, respectively. From this work it can be concluded that is not possible to select only one global model, since each has its advantages. North Hemisphere will present higher SST trends. Overall, this thesis analysis has revealed that SST will increase worldwide, however, this depends on the different globe locations

As alterações climáticas referem-se a alterações substanciais nas medidas do clima que duram por um período prolongado, sendo a temperatura da superfície do mar (TSM) uma forma importante de detetar e investigar as suas causas e efeitos. Assim, o principal objetivo desta dissertação é compreender os impactos das alterações climáticas na TSM a nível mundial através da análise de dados de TSM dos modelos globais (GCM) do projeto CMIP5. A metodologia adotada seguiu duas etapas fundamentais: 1) divisão mundial de dados TSM em regiões através do método K-means cluster e validação das previsões dos modelos globais através da sua comparação com dados da plataforma de reanálises Era Interim; 2) calcular as diferenças entre dados climáticos futuros (2070-2100 e 2020-2050) e históricos (1975-2005) para os cenários climáticos RCP4.5 e RCP 8.5 e calcular as tendências entre 1975 e 2100 para ambos os cenários de RCP. Os dados de TSM foram divididos em oito regiões. A maioria dos modelos globais apresentam boa reprodutibilidade da TSM. As regiões do Hemisfério Norte apresentam maior amplitude térmica quando comparadas com as regiões equivalentes do Hemisfério Sul. As diferenças entre o futuro longínquo e o regime histórico são maiores do que as diferenças entre o futuro próximo e o regime histórico. Para o futuro a longo prazo, a TSM mundial apresenta aumentos médios de 2.46 oC e 1.35 oC para os cenários RCP 8.5 e RCP 4.5, respectivamente. Para o futuro próximo, a TSM tem incrementos médios de 0.86 oC e 0.73 oC para os cenários RCP 8.5 e RCP 4.5, respectivamente. As regiões polares apresentam maior variabilidade percentual, sendo possível concluir que estas apresentam maiores alterações, refletindo um superaquecimento nessas regiões. Para o cenário RCP 8.5, a TSM apresenta tendências de 4.34 oC/dec (máximo) e 1.64 oC/dec (mínimo) para as regiões sub-tropical norte (STRN) e polar sul (PRS), respectivamente. Relativamente ao cenário RCP 4.5, a TSM apresenta tendências de 2.64 oC/dec (máximo) e 0.94 oC/dec (mínimo) para STRN e PRS, respectivamente. Este trabalho permitiu concluir que não é possível selecionar apenas um modelo global, pois cada um tem as suas vantagens. O Hemisfério Norte apresenta tendências de súbida da TSM mais acentuadas. No geral, os resultados demonstram que a TSM aumentará em todo o globo, embora este acréscimo dependa de cada região