海—气二氧化碳交换速度和通量的遥感反演方法研究

发布时间：2020-04-11 11:03

【摘要】：海-气CO_2通量是全球气候变化的重要控制因子之一，也是目前国际研究的热点。大量的现场实测和相关研究表明， CO_2交换速度不仅与风速有关，还与波浪、海-气边界层厚度、大气层化等密切相关。本文从遥感角度，针对海-气界面CO_2交换速度和通量的反演算法开展研究，利用高度计、散射计等卫星数据重点研究了CO_2交换速度和通量的现有计算方法的不确定性，以及波浪破碎、非破碎和波陡等不同因子对CO_2交换速度和通量的影响，取得如下主要进展：（1）提出了一个利用高度计数据反演空气摩擦速度的新公式，并且利用26个不同的交换速度公式，使用高度计数据，计算了2000年的CO_2交换速度以及通量的不确定性。发现由于交换速度公式的不同导致了估算全球CO_2交换速度以及通量非常大的不确定性。全球月平均交换速度之间的最大差异为27.70cm h~(-1)，通量为6.24PgCyear~(-1)，4°纬度带平均的CO_2交换速度的最大差异是70.37cm h~(-1)，通量是0.58PgCyear~(-1)。计算得到经过面积加权以及施密特数校正之后的2000年全球平均交换速度是27.33±9.75cm h~(-1)，通量是2.77±1.02PgCyear~(-1)。（2）使用一个与Ku-波段后向散射截面、有效波高和风速有关的函数，实现了对大范围、长时间序列交换速度的反演，同时考虑了风速以及波浪状态对交换速度的影响。计算了交换速度的全球分布以及季节变化，并进行了比对和分析；计算了19年CO_2海-气交换速度的变化趋势，，有一个0.01cm h~(-1)每月的增速。计算得到经过面积加权以及施密特数校正之后的19年平均全球平均交换速度是36.14±1.62cm h~(-1)。（3）通过对CO_2交换速度公式的比较和分析，提出了一个利用高度计数据计算交换速度的新公式，该公式利用白帽覆盖率来区分波浪破碎以及非破碎部分对交换速度的贡献。计算和分析了交换速度和通量的全球分布以及季节分布。计算了17年CO_2海-气交换速度和通量的变化趋势，分别有0.725cm h~(-1)和0.0068PgC每年的增速。计算得到经过面积加权以及施密特数校正之后的17年平均全球平均交换速度为21.26cm h~(-1)，通量为每年2.58PgC。（4）提出了一个利用ERS-2散射计数据计算交换速度的新方法，新方法同时考虑了风速和波陡。波陡由ERS-2散射计数据通过神经网络方法获得。文中给出的新公式与已有的风速参数化公式一致性较好，已有风速公式的变化可以用波陡的变化来反映，这反映了不同波浪场对交换速度以及通量的影响，该模型解释了不确定性的部分原因。计算了交换速度和通量的全球分布以及季节分布并且分析了他们的分布规律。经过面积加权以及施密特数校正之后得到了全球平均交换速度为30cm h~(-1)，从大气进入海洋的净通量为1.77PgC。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P732;P714

【参考文献】