中高风速下近海CO2交换速率遥感反演及对通量估算的影响

Strong wind processes (U10>10 m/s) are often accompanied by wave breaking and bubble injection, which enhance gas exchange, and may also enhance the mixing of subsurface and surface water, resulting in short-term source-sink conversion in part of sea, which has a significant impact on the estimation of carbon flux in the whole sea area. Existing studies on the effects of strong wind processes on air-sea CO2 flux have focused on the effects of sea water CO2 partial pressure, with less consideration of the enhancement on the transfer velocity, and underestimated the effects on the fluxes. Moreover, the existing transfer velocity models have not been constructed specifically for the complex response of offshore environment during strong winds. This project plans to construct a remote sensing inversion model for offshore air-sea CO2 transfer velocity at medium and high wind speed, which related to wave steepness, bubble injection, suspended material, current velocity and other factors. Based on the model that will be constructed, temporal and spatial variation of air-sea CO2 transfer velocity will be studied using long-time remote sensing data. The effect of transfer velocity on flux estimation at medium and high wind speed will also be analyzed. The influence mechanism of strong wind processes on offshore air-sea CO2 transfer velocity and flux will be investigated. The research results will provide a high-precision model of air-sea CO2 transfer velocity for offshore carbon flux estimation, and help to improve the accuracy of offshore carbon budget.

大风过程（U10>10m/s）往往伴随波浪破碎和气泡注入，气体交换速率急剧增大，且可能增强次表层与表层水体混合，造成部分海域短期源汇转换，对整个海域的碳通量估算影响严重。已有大风过程对海-气CO2通量影响的研究，集中于对海水CO2分压的影响，较少考虑对交换速率的增强作用，低估了对通量的影响。而且现有的交换速率模型没有专门针对大风过程中近海环境的复杂响应进行构建。申请项目拟构建一个与波陡、气泡注入、悬浮物、流速等因素有关的中高风速近海海-气CO2交换速率遥感反演模型，并利用长时序遥感数据应用申请项目构建的模型，重点研究CO2交换速率和通量的时空变化规律，分析交换速率对通量估算的影响，探讨大风过程对近海海-气CO2交换速率和通量的影响机制。研究成果可为近海碳通量估算提供高精度的CO2交换速率模型，有助于提升近海碳收支评估的准确性。

大风过程（U10>10m/s）会引起波浪破碎和气泡注入，导致气体交换速率急剧增大，并可能增强次表层与表层水体混合，造成部分海域短期内源汇转换，严重影响整个海域碳通量估算。已有研究关注了大风过程对海水CO2分压的影响，但较少考虑其对交换速率的增强作用，从而低估了其对通量估算的影响。本项目构建了一个中高风速近海海-气CO2交换速率遥感反演模型，并以东海为例研究了CO2交换速率和通量的时空变化规律，探讨了大风过程对近海海-气CO2交换速率和通量的影响机制。项目取得以下主要成果：.（1）构建了一个综合考虑波陡、气泡注入、悬浮物、流速等影响因素的中高风速近海海-气CO2交换速率遥感反演模型。.（2）构建了CO2通量夜间效应模型，首次利用遥感数据定量评估了夜间效应对全球CO2通量估算的影响。发现若不考虑夜间效应，海洋CO2汇将平均高估10.89%。.（3）分析了台风对东海海-气CO2分压及其时空变化规律的影响机制。台风经过时，CO2分压受SST与SSS共同影响而发生迅速变化。台风影响CO2分压的时间可能与台风强度以及台风与浮标间的距离有关。.（4）分析了台风对东海海-气CO2通量及其时空变化规律的影响机制。台风期间，台风影响范围内通量为正值，表明此时海洋向大气释放CO2，即该区域为CO2源区。.项目研究成果已在海洋学和遥感学主流期刊《Remote Sensing》、《Advances in Space Research》、《International Journal of Remote Sensing》等发表论文5篇（其中SCI论文3篇），培养了5名海洋碳循环遥感方向硕士研究生。项目负责人顺利晋升为副教授，并获得多项奖励：2021年度海洋工程科学技术奖二等奖(2/8)和2020年度上海海洋科学技术奖海洋科技进步奖二等奖(1/8)。此外，项目负责人还以第一主编身份出版了书籍一部。该项目为近海碳通量估算提供了高精度的CO2交换速率模型，有助于提升近海碳收支评估的准确性。