波浪破碎诱导的海-气无机盐通量的参数化.pdf

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1、第42卷第7-8期2012年7月中国海洋大学学报PtjRIODI(’AI。OFOCEANUNIVERSITYOFCHINA42(7-8):026~032July,2012波浪破碎诱导的海一气无机盐通量的参数化’冯玉铭1,管长龙r,黄健2(1.中国海洋大学物理海洋实验室,山东青岛266100;2.中国气象局广州热带海洋气象研究所,广东广州510080)摘要:波浪破碎诱导生成的海盐粒子是海洋向大气输运无机盐的主要机制,海气界面的无机盐通量对于全球气候变化有重要影响。本文开展了实验室实验模拟海盐粒子生成实验,定量

2、考察了温度和盐度对海盐粒子中离子质量分布的影响,揭示了初生海盐粒子中各离子的富集和亏损现象与温度和盐度的关系。基于实验室观测分析结果和推测假定,提出了1个既包含海面风速、又反映海表温度和海表盐度影响的海~气无机盐通量参数化方案。将此参数化方案应用于估计海盐粒子向大气输运的各种无机盐离子质量通遥,并与传统方法估算结果进行了比对分析。关键词:海气交换;波浪破碎;海盐粒子;盐通量;海盐粒子生成函数中图法分类号:P731.22文献标志码:A文章编号:167—5174(2012)7·8—026—07海气界面的无机盐通

3、量对于全球气候变化有重要影响。海洋向大气的无机盐通量,主要是由海盐粒子(seasaltparticle)输运的。生成于海气界面的海盐粒子是由于海水中气泡上升至海面时发生破碎产生的。上升的气泡可将水中溶解物或者胶状物质在气泡表面上凝聚,称为表面凝结(surfacecoagulation)现象,是1种将水中溶解物转化为颗粒物的物理机制[1明。海洋上层的气泡是由波浪破碎卷挟空气进入上层海洋形成的。Monahan&Dam【3]曾估计,通过波浪破碎产生的上升气泡,全球海洋上层每年约有1.9Gt的溶解有机碳(DOC)转

4、化为颗粒有机碳(POC)。Blanchard&Woodcock[4]较早指出海面气泡破碎为海盐粒子主要来源。Monahaneta1.[53利用数学方程定量刻画了海气界面海盐粒子数量通量,提出了1个以白冠覆盖率表示的海盐粒子生成函数,体现了海面风速对海盐粒子数量通量的主导作用,揭示了波浪破碎过程对无机盐通量的决定性影响。Eriksson[6]首次估计通过波浪破碎全球海洋每年向大气输运的海盐粒子质量介于1015~10”g。海盐粒子主要由可溶性无机盐构成,其中氯化钠占绝大部分。在过去几十年里,海盐粒子中各种离子的

5、质量分布得到广泛研究。Duceeta1.[7]建议使用EF因子来描述某离子在海盐粒子生成前后相对于参考离子的质量浓度变化。EF因子中的F因子和E因子可分别表示为:氏(X)=C珈(X):c职(X)⋯E№(X)一巳(X):C二(X)一1此处,x代表所感兴趣的离子,如各种卤素、碱金属和碱土金属等,%(X)则表示在海盐粒子的无机盐中,离子X质量分数与钠离子质量分数的比值,C删(x)则为海水无机盐中上述比值。通常认为,当F因子的值大于l,表明该离子在形成海盐粒子过程中发生了富集(enrichment)现象,反之则发生

6、了亏损(frae-tionation)现象。EF因子也常被用来检测样品海水为自然源还是人为源。早期研究睁11o揭示了卤素的富集过程及碱金属和碱土金属的亏损过程。然而,亦有研究表明,离子的富集或亏损很大程度上受采样环境、采样方法、海盐粒子的寿命和分布等影响N2-ls]。实验室模拟海盐粒子的生成过程是1种得到广泛应用的研究初生海盐粒子(nas—centseasaltparticle)的不可或缺手段[14-

7、7],但此手段不适用于研究涉及复杂生物地球化学过程的成熟海盐粒子。迄今,对海盐粒子生成过程中某种离子发生富

8、集或亏损现象尚无一致结论一“’16’18]。最近实验研究表明[1”2¨,温度和盐度对海盐粒子质量通量有较大影响,并且尽管风速对海盐粒子总质量通量起主导作用,但对各离子所占比例影响甚微。这说明在实际的海气交换中,海表温度和海表盐度对海盐粒子中离子质量分布有不可忽视的影响。本文旨在通过实验室实验模拟海盐粒子生成过程,定量刻画温度和盐度对海盐粒子中离子质量分布的影响,最终提出1个既包含海面风速、又反映海表温度和海表盐度影响的海一气无机盐通量参数化方案。·基金项目:国家自然科学基金项目(40830959;40921

9、004);‘围家科技支撑计划项目(2011BAC031301);国家公益性行啦科研专项项目(GYHY200906008)资助收稿开期:201卜1205;修订日期:2011_1230作者简介:冯玉铭(1988一),男.硕上生。¨通讯作者:E-mail:clguan@OtlC.edu.∞7-8期冯玉铭,等:波浪破碎诱导的海一气无机盐通量的参数化1海盐粒子生成的实验室模拟实验1.1实验设置本文自行设计制作了用于模拟海盐

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