Als marine Hitzewellen werden Phasen bezeichnet, in denen Regionen des Ozeans über längere Zeit anormal warm sind. Zu solchen marinen Hitzewellen kommt es meist, wenn mehrere Faktoren zusammenspielen:
- Klimawandel: Ist die Luft wärmer als das darunterliegende Wasser, gibt die Atmosphäre ihre Wärme an den Ozean ab. Der weltweite Ozean nimmt 90% der durch den Klimawandel verursachten zusätzlichen Wärme auf. Durch den Klimawandel steigt also das Risiko für marine Hitzewellen.
- Sonneneinstrahlung: Wenn es über eine Zeit von mehreren Tagen bis Wochen keine Wolken über dem Meer gibt, werden die obersten Wasserschichten des Ozeans von der Atmosphäre und der direkten Sonneneinstrahlung erwärmt. Dabei ist es im Ozean umgekehrt wie in der Atmosphäre: Die Atmosphäre wird vor allem vom Boden, also von unten gewärmt. Warme Luft steigt auf und es kommt zur Durchmischung mit darüber liegenden, kälteren Luftschichten. Der Ozean hingegen wird von oben gewärmt. Das warme Wasser steigt nicht nach oben, es ist bereits ganz oben. So sammelt sich Wärme in den oberen Wasserschichten und es gibt nur wenig Durchmischung mit darunterliegendem, kaltem Wasser.
- Wind: Im Allgemeinen ist Ozeanwasser stabil geschichtet. Kälteres Wasser unten, wärmeres oben. Die Wärmeunterschiede würden nur sehr langsam ausgeglichen, wäre da nicht der Wind. Durch Wind an der Oberfläche wird das Wasser bewegt und so auch in tieferen Schichten durchmischt. Ist es aber nun besonders windstill, kann sich die Wärme in den obersten Wasserschichten stauen.
- Aerosole: Aerosole sind kleinste Partikel in der Atmosphäre. Je mehr Aerosole in der Luft über dem Ozean sind, desto weniger Sonnenlicht erreicht die Oberfläche. Infolge dessen kühlt sich die Meeresoberfläche ab. Eine Quelle von Aerosolen ist zum Beispiel Saharastaub über dem Nordatlantik oder Luftverschmutzung von Städten und Schiffen. Diese Aerosole werden oft mit dem Wind über den Ozean transportiert. Windstille trägt also auch durch fehlenden Aerosoleintrag zur Erwärmung der Ozeane bei.
- Natürliche Schwankungen im Klimasystem: Phänomene wie El Niño oder die Nordatlantische Oszillation (NAO) tragen ebenfalls regelmässig zu erhöhten Ozeantemperaturen bei.