海-气界面气体交换速率与二氧化碳气体通量的估算

陈元瑞，赵栋梁*，林子宽

( 1.中国海洋大学 海洋与大气学院，山东 青岛 266100)

1 引言

全球碳循环是影响地球气候系统的重要过程，而海-气CO2通量是其中十分关键的一个部分，对于模拟和理解海洋-大气系统的耦合与变化十分重要[1]。目前海-气界面CO2通量的估算大多基于下述块体公式：

式中，F为CO2气体通量；kw为气体交换速率；s为溶解度（是温度和盐度的函数）；pCO2w和pCO2a分别表示海水和大气的CO2分压。

在块体公式的使用过程中，最为关键的就是气体交换速率kw的估计。对于溶解性比较弱的气体，如CO2，海-气界面的气体交换过程主要取决于海-气边界层海水侧的黏性次层和湍流边界层，且与海水侧的湍流强度密切相关，而湍流强度与海上风速、波浪状况和大气稳定度等有关。人们通常将气体交换速率与海上风速和波浪状态相联系，为了便于应用，更多的研究者将气体交换速率参数转化为风速的函数。Boutin等[2]对比了几种较为主流的kw的参数化方法，得到的结果相差达到两倍以上。Takahashi等[3]也指出，目前有关全球生物地球化学碳循环模型误差的主要来源之一就是气体交换速率的不确定性。所以，对气体交换速率kw的深入研究，有利于促进我们对于全球碳循环的认识。

有关kw的估计，基于观测数据，通常经验性地利用风速多项式进行参数化，公式为

式中，Sc为施密特数，定义为海水运动黏性系数与所测气体的分子扩散系数之比，与海水温度有关；Scr为水温为20°C时对应的施密特数，对于淡水（实验室和湖泊）和海水，Scr分别为600和660；……