海-气界面气体交换速率和全球海洋CO2通量的初步研究.pdf

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1、第47卷第12期2017年12月中国海洋大学学报PF。RIODICALOFOCEANUNIVERSITY0FCHINA47(12)：001～008Dec．，2017海一气界面气体交换速率和全球海洋C02通量的初步研究。董原旭，赵栋梁“，邹仲水(中国海洋大学物理海洋实验室，山东青岛266100)摘要；在全球气候变暖的背景下，准确估计海气界面002通量显得非常重要。海一气界面C晚通量通常利用块体公式，由气体交换速率与大气和海洋的C02分压差(ApCO。)的乘积来计算。影响气体交换速率的因素很多，但一般经验性地与风速相联系，其测量方法通常有物质平衡法和涡相关法，后者给出

2、的结果比前者大。基于前人的两类观测数据，提出了一个以风速为函数的气体交换速率新方案。在此基础上，基于最新的SOCATv2(SurfaceOceanCOzAtlasversion2)的△夕C02数据集，计算了1982—2011年海洋对C02的净吸收量及其年变化，发现2001年海洋净吸收量存在一个最小值，2001年之后，海洋净吸收量迅速增加，而这一年变化特征主要由ApCO。的年变化特征所决定，风速的影响可以忽略。关键词：气体交换速率；风速；海洋净吸收量；海一气界面C02通量；块体公式中图法分类号：P732．6文献标志码：A文章编号：1672—5174(2017)12—

3、001—08DOI：10．16441／j．enki．hdxb．20160389引用格式；董原旭，赵栋梁，邹仲水．海一气界面气体交换速率和全球海洋C02通量的初步研究I-J]．中国海洋大学学报(自然科学版)，2017，47(12)；1-8．DONGYuan-Xu，ZHAODong-Liang，ZOUZhong-Shui．Apreliminarystudyonsea-airgastransfervelocityandglobaloceanC02flnxEJ]．PeriodicalofOceanUniversityofChina，2017，47(12)：1-8．人类每年

4、向大气释放约65亿吨COz，使得大气中的COz浓度不断增加，温室效应不断增强，造成全球气候变暖；海洋可吸收30％～40％人类排放到大气中的CO。，并通过海洋生物地球化学循环过程贮存于海洋内部[1]。因此，海一气界面COz交换对全球碳循环和全球气候的变化十分重要。海气界面C0。通量常通过块体方法进行估算，块体参数化公式为[2]：F—sScl五(pC02。一pC02。)。式中：F为C0。通量；k为C0。气体交换速率；5为C0。在海水中的溶解度；pCOz。--pCO。。为COz在海洋和大气中的分压差(ApC02)；Sc为施密特数，定义为：Sc—v／D。其中：v为运动黏滞

5、系数；D为分子扩散系数；Sc的大小与气体的种类有关，也与温度和盐度有关，如果不考虑海水温度变化，通常用海温20℃时Sc=660来代替C0z的施密特数；指数他的大小主要与表面湍流状况有关，对于光滑的海面，孢通常取2／3c3，当海面因为波浪变得粗糙时，72通常取1／2c4。其中zxpCOz和s的测量和参数化都有非常成熟的方法和方案，但是气体交换速率的测量和参数化目前仍存在着很大的问题。气体交换速率可以通过物质平衡法(massbalancetechniques)测量得到，但是物质平衡法测量的气体交换速率通常是一个较长时间的平均量，应用到具体通量的计算时会产生一定的误差[

6、13；涡相关法(eddycorrelationtechnique)是一种基于通量的定义直接测量气体湍流通量的方法，但是相关研究表明，涡相关法测量的海一气界面COz通量比物质平衡法的测量结果大1～2个量级[56，所以目前还存在比较大的争议。由于海一气界面气体交换在不同空间和时间尺度上的物理机制还不是很清楚，导致了气体交换速率的参数化十分困难。风浪槽实验表明，风速是影响海一气界面气体交换的主要因素[7]，而且风速易于测量，使用比较方便，所以海一气界面气体通量的计算几乎都以风速作为参数。但是风速本身并不直接控制气体交换，而是通过影响表面湍流间接影响气体交换，海一气边界层

7、基金项目：国家自然科学基金项目(41276015)；海洋公益性行业科研专项(201505007)；教育部博士学科点专项科研基金项目(20120132110004)；国家基金委与山东海洋科学研究中心项目(U1406401)资助SupportedbytheNationalNaturalScienceFoun&tionofChina(41276015)；PublicScienceandTechnologyResearchFundsProject8of0cean(201505007)；ResearchFund{ortheDoctoralProgramofChineseMi

8、nistr