基于南海观测平台的海-气界面CO_2通量研究

利用南海北部的海上综合观测平台,开展了基于涡相关方法的海-气界面CO2通量的长期观测,得到了2010年9月至2012年9月近2年的海-气界面CO2通量数据,结果分析表明,观测平台附近海域全年表现为一个碳汇,年平均值为-0.088 mg m-2s-1,存在明显的季节变化规律,秋冬季节海洋表现为一个强碳汇,春季海洋依然是一个碳汇,但强度明显减弱,而夏季海洋呈现不稳定的源汇变化特征;从日周期特征上看,夜间通量强度较强,白天减弱;进一步的分析表明,海上风和大气稳定性对海-气界面CO2通量有明显的贡献。     

南黄海海气热通量观测及其与OAflux数据集比较研究

2007年在南黄海进行了3个航次的热通量观测,包括长、短波辐射,近海表空气温度、湿度,风速,海表皮温等观测数据。依据计算的冬季、春季、秋季三个航次的海气热通量分析了热通量不同季节特征,南黄海海域冬季、春季和秋季平均潜热通量分别为80.7W/m2,5.6W/m2和142.1W/m2,感热通量分别为32.0W/m2,-12.5W/m2和18.9W/m2(海洋向大气传递为正)。将国际较为通用的OAflux数据集与3个季节观测数据做了逐点的比对,作为对OAflux数据集在南黄海海域的评估,结果显示:OAflux数据集热通量结果与观测数据在2006—2007年冬季最为接近,感热和潜热通量均方差是15.3W/m2和21.4W/m2。春季的潜热通量存在明显偏差,均方差为28.4W/m2。秋季的感热和潜热通量均存在显著偏差,均方差分别为20.5W/m2和57.5W/m2。导致春季偏差的主要原因是OAflux数据集和现场观测的近海表空气湿度差异,而秋季偏差则应主要归因于海表温度的偏差。     

南海海－气热交换的热通量分布

利用１９５１—１９９０年南海船舶报资料，用直接计算法，采用１°×１°网格，计算了南海海域的月平均感热通量和海面（蒸发）潜热通量。结果是：感热通量和海面（蒸发）潜热通量的分布在冬季和夏季有很大的差别，季风对南海海－气热交换有明显的影响。     

2006～2007年北部湾海-气热通量变化特征

用2006年夏～2007年秋在北部湾获得的船测气象资料,由块体公式计算了海-气通量.结果表明:北部湾春、夏季节获得热通量,而秋、冬季节失去热通量.春季通过湍流交换造成的热通量对海面热平衡的贡献最小,其次是夏季、冬季和秋季.在年平均尺度上感热通量和潜热通量分别占净辐射通量的7.4%和77.4%,15.2%的净辐射热量通过海洋过程消耗掉.感热通量随海-气温差的加大而增大,而与风速之间呈现复杂的非线性关系.海-气温差增加1 ℃,感热通量增加6.7～12.7 W/m2;较大的感热通量(>30 W/m2)容易出现在5～10 m/s风速条件下.潜热通量与风速和相对湿度呈明显的相关关系:风速增加1 m/s,潜热通量增加约18 W/m2,而相对湿度下降1%会导致6 W/m2潜热通量的增加.     

海-气界面热通量算法的研究及在中国近海的应用

对计算海-气界面湍流热通量的Bulk算法的一些参数进行了改进。使用西沙实测资料、GSSTF2资料和NCEP/NCAR再分析资料以及改进后的算法,计算了中国近海地区的感热通量、潜热通量。计算结果与西沙实测资料、长年代的GSSTF2资料和NCEP/NCAR再分析资料进行比较验证,证明改进后的方法精度较高,基本可以保证湍流热通量的平均标准偏差在10W/m2左右,与多年的月平均做比较,相对偏差为25%左右;同时,不仅首次将计算热通量的空间尺度精确到0·1°×0·1°,而且基本模拟出了南海季风暴发期间热通量变化的主要特点以及中国近海热通量随季节、纬度和海岸地形的变化特征。     

海-气界面动量通量的估计方法分析与应用

首次将经验模态分解方法引入湍流稳定性分析,与传统的线性和滑动平均去势方法进行了比较,发现经验模态分解方法的去势效果最好。基于"南海平台通量观测计划"(FOPSCS)近两年的连续通量观测数据,得到了22 476个摩擦速度的估算值,结果表明,当风速小于5m/s时,拖曳系数随风速增大而减小,而风速大于5m/s时,拖曳系数随风速增大而增大,两种情形分别反映了黏性表皮摩擦和波浪引起的形状阻力对海面风应力的贡献。同时发现短风区情形的拖曳系数大于长风区情形,说明波浪成长状态会对海-气界面动量交换产生影响。     

北黄海海水中挥发性卤代烃的分布和海-气通量研究

用吹扫-捕集气相色谱法对北黄海常见的4种挥发性卤代烃(VHC)的研究表明,秋季北黄海表层海水中CHCl3,C2HCl3,CHBr2Cl和CHBr3的浓度和平均值分别为9.9~63.4(14.1±8.1),7.1~29.4(15.4±6.2),0.1~30.3(8.8±10.0)和4.2~56.4(21.6±12.2)pmol/dm3。这4种VHC在水平分布上呈现一定的空间变化,其浓度可能是陆地径流、人为活动和生物产生的影响程度不同造成的。VHC在垂直分布上受到地理位置和水文条件的不同影响,在不同站位有较大差异。周日变化研究表明,VHC具有一定的周日变化特征,受光照和潮汐等因素的共同影响最大值均出现在13:00—16:00。采用Liss和Slater双层模型理论对北黄海表层海水和大气之间CHCl3,C2HCl3和CHBr3的海-气通量进行估算,得到这3种物质在北黄海的海-气通量平均值和范围分别为14.8(0.2~104.4),23.2(1.8~93.0)和15.6(0.7~55.1)nmol/(m2.d)。结果表明,在秋季该研究海域是大气CHCl3,C2HCl3和CHBr3的源。     

气候变化背景下海-气CO_2通量获取方法综述

综述了国内外海-气CO2通量测量和估算方法的研究进展,对各方法的原理、应用及优缺点做了简要介绍,着重介绍了海洋碳循环数值模式的研究现状、原理方法等,并对海-气CO2通量研究的发展趋势作了展望。     

晃动平台上海-气通量观测误差矫正模型

为了更准确地计算由平台晃动所带来的通量观测误差, 从平台晃动与风速仪测点位置变化角度以分层平均消除垂向均值差异的办法建立了新的涡相关通量误差矫正模型。结果是： 在中高海况下由平台晃动引起的通量观测误差是显著的。有鉴于此, 将晃动平台视为固定平台来处理的常用通量计算公式在中高海况下可能会给出严重失真的结果, 建议采用新公...     

风浪对海-气界面动量通量估计的影响

利用实验室和有代表性的外海观测数据综合分析表明,海面粗糙度对波龄的依赖性与是否将实验室和外海数据一起考虑有关,而风应力拖曳系数与此无关,且随波龄增大而减小.利用Toba-3/2指数律和风浪成长关系的分析表明,风应力拖曳系数为常数或随波龄的增大而增大,与上述结果定性上相矛盾,说明风浪对风应力拖曳系数影响问题需要进一步研究.     

海浪对北太平洋海-气二氧化碳通量的影响

利用4种海-气界面气体传输速率公式对比研究了北太平洋气体传输速率及其CO₂通量的季节变化特征。与单纯依赖风速的算法相比, 考虑波浪影响的气体传输速率和CO₂通量在空间分布和季节变化上具有明显差异。在低纬度地区(0°～30°N), 波浪参数使气体传输速率下降, 海洋对大气CO₂的吸收减少, 而在30°N以北范围内则出现新的气体传输速率高值区, 海洋对大气的吸收增加。进一步研究了黑潮延伸体区域的气候态月平均气体传输速率和CO₂通量。结果表明, 该区域气体传输速率和CO₂通量最大值分别出现于冬季和春季, 引入波浪参数后, 虽然该区域气体传输速率和CO₂通量平均值没有明显差异, 但季节变化强度显著增强。     

胶州湾海水中一氧化碳的分布与海-气通量研究

CO是大气中的重要痕量气体,它对控制大气中羟基自由基的浓度、参与全球碳循环进而影响全球气候变化等方面起着重要作用。本研究分别于2007年6,8和10月开展了3个航次的调查,对胶州湾海水中CO的时空分布进行了研究。3个月中胶州湾表层海水中CO的浓度分别为(4.90±2.24),(6.31±1.56)和(3.50±1.27)nmol/L,表现出明显的季节性变化,其中8月大于6月大于10月。水平分布上,6月和10月沿岸平均浓度高于同航次湾内和湾口的平均浓度;8月沿岸平均浓度小于本航次湾内和湾口平均浓度。分别将3个月中CO的浓度按取样和测试时间以小时为单位分割求平均值,平均浓度和时间的分布关系总体符合周日变化的规律。但是胶州湾东部近岸站位的浓度出现周日变化的异常值,说明人文活动对CO的分布也起重要作用。结合中国大气中CO的平均浓度(0.329×10-6v/v)可知胶州湾表层海水中CO处于绝对的过饱和状态,6,8和10月3个月过饱和系数分别为(18.2±8.3),(20.6±5.1)和(10.3±5.28)。胶州湾CO的海-气通量6月大于10月,而小于8月。     

西太平洋热带海域海-气变换通量的初步分析

本文利用1985年12月下旬至1986年1月下旬中国科学院织组实施的西太平洋热带海域海洋—大气考察期间所获得的常规水文气象资料,计算和分析了海-气交换通量的特征。阐明了海-气交换通量的逐时变化特征,八次定时观测的海-气交换通量的特征;热量交换的逐日变化、平均日变化和交换通量的概率分布。指出了该海域的感热、潜热通量的传输方向及其各自所占的比例。考察期间盛行东北风,海-气间动力相互作用是强的。     

春季华南沿海海-气边界层动力参数的观测研究

通过对珠江口海岸边近地面边界层的观测资料的研究,发现该海岸带春季大气层结呈中性或近中性状态,强稳定或者强不稳定天气过程较少;摩擦速度不仅和稳定度有关,而且随平均风速呈线性增加,地形引起的扰动对它的离散性影响较大;无因次风速方差满足相似规律并符合“1/3”次方定律,在中性或者近中性条件下,u,v,,w3个方向分量的相似函数为常数:3.06、2.56、1.33;湍流强度在风速达到4～6 m/s时最弱,且变化不明显,在自由对流状态(风速小于2m/s)时湍流发展最旺盛,风速大于6 m/s时随风速增大略有增加,水平分量比垂向分量的增幅明显;海面空气动力粗糙度在距离海面10 m高处风速为3.0 m/s时最小,其与风速成二次曲线关系;中性或近中性条件下拖曳系数平均值为1.180×10-3,与风速的关系在小于4 m/s和大于4 m/s时不同,且有不同的拟合关系式.     

波浪破碎诱导的海-气无机盐通量的参数化

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量,并与传统方法估算结果进行了比对分析。     

波浪以增大交换面积的方式影响海-气通量

为体现波浪起伏增大交换面积进而增强通量这一事实,本文在已有海-气通量模型基础上提出了一种新的波面增长因子计算公式。就线性波叠加方法产生的波面而言,在风速为10 m/s时充分成长的波浪至少可使热通量增加7.9%,这比用单个正弦波得到的最大增加量3.7%的2倍还多。当风速增大到20 m/s时由新公式给出的增加量则能达到30%。研究还表明,借用经验波谱进行海面模拟难以体现毛细波,真实海面的面积增加量不止模拟的那么少,波浪对海-气通量的影响还应更强。     

赤道西太平洋海-气通量和天气变化的初步分析

本文对1985—1987年中国科学院“实验3”号考察船三个航次的赤道西太平洋考察资料的分析表明,海洋输向大气的热通量随季节变化不明显,各通量总的分布是西高东低。在1986—1987年厄尔尼诺影响下,海表水温较常年偏高,天气变化较历史上的厄尔尼诺年显著。     

基于非迭代海-气通量算法的蒸发波导预测模型研究

蒸发波导易发生在海洋等水体之上.为了深入研究蒸发波导预测模型的诊断预报技术,本研究依据目前最新的非迭代海-气通量算法,建立了非迭代通量算法蒸发波导预测模型-NEW模型,进而对新模型进行了敏感性试验,且用我国近海试验数据进行了检验.最后将NEW模型与目前使用广泛、效果较好的4种蒸发波导模型(即P-J模型、Babin模型、NPS模型和伪折射率模型)进行了对比分析,得到了不同模型蒸发波导高度随气象海洋要素变化的规律,结果表明非迭代通量算法模型与传统模型对不同海洋气象要素的敏感性响应是一致的.不稳定层结条件下NEW模型对蒸发波导的诊断结果接近于Babin模型和NPS模型,而稳定条件下略高于NPS模型.试验表明NEW模型可以有效地诊断预报蒸发波导.本研究系统阐述了非迭代通量算法模型的建立和适用情况,为蒸发波导预测诊断算法的更新和模型发展提出了新的思路.     

白令海BR断面海-气CO2通量及其参数特征

通过对2008年夏季白令海大气和海水pCO2连续观测资料,结合BR断面上站位水体垂直采样测量,对白令海不同海区pCO2的分布特征及其与理化参数的关系进行了初步研究,结果表明,将白令海划分为4个具有不同CO2吸收能力的海区,其中陆坡流区碳通量高达-18.72 mmol/(m2·d),是海盆北区的近2倍,比海盆南区高一个量...     

夏季东海一氧化碳的浓度分布、海-气通量和微生物消耗研究

研究了夏季东海海水中和大气中一氧化碳(CO)的浓度分布、海-气通量和表层海水中CO的微生物消耗。夏季东海大气中CO的体积分数范围为63×10-9~120×10-9,平均值为87×10-9(SD=18×10-9,n=37),呈现出近岸高,远海低和北高南低的特点。夏季东海表层海水中CO的浓度范围为0.24~5.51nmol/L,平均值为1.48nmol/L(SD=1.46,n=37),CO的浓度受太阳辐射影响明显;CO在垂直分布上表现出浓度随深度增加迅速减小的特征,浓度最大值出现在表层。调查期间表层海水中CO相比大气处于过饱和状态,过饱和系数变化范围为3.65~113.55,平均值为23.63(SD=24.56,n=37),这表明调查海域是大气中CO的源。CO的海-气通量变化范围为0.25~78.50μmol/(m2·d),平均值为9.97μmol/(m2·d)(SD=14.92,n=37)。在CO的微生物消耗培养实验中,CO的浓度随时间增长呈指数降低,消耗过程表现出一级反应的特点,速率常数KCO范围为0.043~0.32/h,平均值为0.18/h(SD=0.088,n=9),KCO与盐度之间存在负相关关系。