Eddy covariance air-sea gas flux measurements. Regional sources and gas transfer limitation

Zavarsky, Alexander ORCID

Eddy covariance is a technique to measure air-sea gas exchange directly. A direct flux measurement has the advantage that, without parameterizations or major simplifications of processes. Section 3 focuses on the efflux of these aerosol predecessors together with aerosol numbers in the atmosphere. The oceanic emissions are tracked using the FLEXPART forward trajectory model, which provides the locations and the times for the satellite remote sensing. The averaged satellite aerosol numbers along the 12 h downwind trajectory were correlated with the magnitude of the oceanic sources, which was found to be a significant positive correlation. The results point to a local influence of air-sea fluxes on the aerosol number, which could give rise to local feedbacks. My investigation in Section 4 uses gas transfer velocities derived from DMS and CO2 eddy covariance measurements to describe gas transfer limitations which is caused by a wind-wave interaction. This process is parameterized using the transformed Reynolds number Retr. Below a threshold of |Retr| <6.7·105, flow separation develops at the wave’s lee side and causes a decoupling between the flow above the wave and the ocean surface. The gas exchange is then highly likely to be suppressed. In Section 5, the impact of gas transfer limitation on gas transfer parameterizations and global climatologies of DMS and CO2 is calculated. The data sets of two highly cited gas transfer parameterizations are investigated with respect to gas transfer limitation. Based on these algorithms the Nightingale 2000 parameterization is found to be heavily gas transfer limited and its gas transfer velocity will increase on average by 22% if the correction is applied. The Wanninkhoff 2014 parameterization increases by 9.85% after correction. The correction is applied to the global air-sea flux climatologies of DMS and CO2 for the year 2014.

Die Eddy-Kovarianz-Methode ist eine Technik zur direkten Messung des Gasaustauschs zwischen Atmosphäre und Ozean. DMS, Isopren und Gischt sind in der marinen Atmosphäre Ausgangsstoffe für Schwefelaerosole, sekundäre organischen Aerosole und primäre organische/anorganische Aerosole. In Kapitel 3 wird der Einfluss dieser Aerosolquellen auf Aerosolkonzentrationen in der Atmosphäre untersucht. Die Emissionen werden mit Hilfe des FLEXPART-Transportmodells in Windrichtung verfolgt. Die gemittelten Aerosolkonzentrationen entlang der Trajektorie wurden dann mit der Größe der Quelle korreliert. Die Ergebnisse deuten auf einen lokalen Einfluss des Gasaustauschs auf die Aerosolkonzentration hin. Der Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean kann durch die Gasaustauschgeschwindigkeit k beschrieben und modelliert werden. Diese Geschwindigkeit k ist normalerweise von der Windgeschwindigkeit anhängig und bezogen auf diese monoton ansteigend. Messungen haben gezeigt, dass die Relation zwischen k und Windgeschwindigkeit bei mittlerer bis hoher Windgeschwindigkeit jedoch abnehmen kann. In Kapitel 4 werden Gasaustauschgeschwindigkeiten verwendet um einen Prozess zu beschreiben, der eine Begrenzung des Gastransfers bewirkt. Dieser Prozess ist eine Wind-Wellen-Interaktion und wird mit Hilfe der transformierten Reynoldszahl Retr beschrieben. In Kapitel 5 wird die Auswirkungen der Limitierung des Gasaustausches auf den Gasaustausch von globalen DMS und CO2 Klimatologien berechnet. Zwei häufig verwendete Parametrisierungen des Gasaustauschs werden auf das Auftreten von Limitierung in Ihren Datensätzen untersucht. Basierend auf diesen Berechnungen sind die Nightingale 2000 und die Wanninkhoff 2014 Parametrisierungen einer sehr starken Limitierung ausgesetzt. Der Korrekturalgorithmus für das Jahr 2014 wird dann auf die globalen Klimatologien von DMS und CO2 angewendet.

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Zavarsky, Alexander: Eddy covariance air-sea gas flux measurements. Regional sources and gas transfer limitation.

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