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海洋是全球气候系统中的一个重要环节，它通过与大气的能量物质交换和水循环等作用在调节和稳定气候上发挥着决定性作用，被称为地球气候的调节器。
占地球面积百分之七十一的海洋是大气热量的主要供应者。如果全球一百米厚的表层海水降温一摄氏度，放出的热量就可以使全球大气增温六十摄氏度。
海洋也是大气中水蒸气的主要来源。海水蒸发时会把大量的水汽从海洋带入大气，海洋的蒸发量大约占地表总蒸发量的百分之八十四，每年可以把三万六千亿立方米的水转化为水蒸气。因此，海洋的热状况和蒸发情况直接左右着大气的热量和水汽的含量与分布。
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同时，海洋还吸收了大气的百分之四十二氧化碳，而二氧化碳被认为是导致气候变化的温室气体之一。