文摘

区域气候模型是用来评估干沉积东北部大西洋上空的臭氧。结果提出了沉积模式占海洋湍流和化学增强臭氧沉积和第二个化工厂,parameterised气体干沉积模式。第一个沉积计划限制占海面ozone-iodide反应和模拟海洋碘浓度臭氧浓度的敏感性研究。模拟也使用名义反应速率由执行现场臭氧沉积测量和使用有机化学的初步表示。臭氧浓度环境模拟的结果显示不敏感chemical-enhanced计划海洋碘的浓度,和碘反应无法解释观察到的沉积速度。因此,我们建议缺少化学沉由于臭氧与有机物的反应海气界面。臭氧亏损率估计在0.5每天6磅。潜在重大ozone-driven碘大气通量估计在2.5 -500 molec的范围 ,导致混合层增强organo-iodine浓度0.1 - -22.0的ppt,平均增加N.E.大西洋每天约4 ppt。

1。介绍

臭氧在大气化学中起着关键作用,在平流层吸收有害的紫外线而同时作为温室气体(辐射强迫的对流层臭氧是25%左右的有限公司₂(1),作为一种有害的污染物在对流层(2- - - - - -4]。影响大气的氧化能力强大的氧化剂,这是占主导地位的前兆的无处不在的氢氧自由基作为大气净化代理通过确定一生重要的大气痕量气体。它是至关重要的,因此,对流层臭氧浓度在造型逼真地模拟空气污染和化学气候相互作用。

600 - 1000年Tg O₃一年¹通过干沉积(从对流层中删除5]。臭氧水表面的沉积是小而沉积土地(6:通常情况下,大陆的臭氧的干沉积速度比干沉积速度快近六倍的臭氧海洋(7]。然而,考虑到70%的全球海洋覆盖,海洋边界层臭氧的损耗通过海洋干淀积仍是全球臭氧显著下沉的预算。获得一个准确的预测臭氧入海通量不仅必须在预测环境臭氧的浓度,还因为生物地球化学臭氧反应的后果的海面。

例如,最近的研究(8,9)表明,臭氧化碘的海面会导致活性有机碘产品的形成导致iodocarbon排放量的海面。这些iodocarbons photodissociate迅速形成碘原子来催化地破坏臭氧层(10海洋边界层),导致进一步减少臭氧水平。同时,臭氧化碘原子导致氧化碘(IO)自由基的形成有可能导致新的海洋气溶胶的形成11]。这种新发现的机制可能有明显的生物地球化学的后果,根据反馈机制在halogen-mediated臭氧破坏,卤素源在沿海地区可以考虑至今原因不明的高浓度的IO观察到佛得角(12),和随后的新粒子的形成影响太阳辐射的预算。

仍然存在重大不确定性关于臭氧量的输给了干燥的海洋沉积(13]。干沉积的臭氧海洋涉及一系列复杂的过程:物理、化学和生物。运输通过大气中臭氧的取决于表面粗糙度、风速、大气湍流;运输在quasilaminar边界层受到空气中的气体的扩散系数,而臭氧的海洋表面吸收取决于水侧气流条件下,臭氧溶解性和可用性表层的化学反应(14,15]。到目前为止,这些过程知之甚少,没有一般被认为是在沉积模式通常应用于大气化学模式。定义的困难,因此这些过程的参数化的缺乏进一步加剧了原位测量臭氧干沉积速度。韦斯利和希克斯16]发现沉积速度的臭氧海面变化0.01到0.05厘米¹。然而,加拉格尔的艾迪相关性研究等。17]在北海进行指示沉积速度高达0.1厘米¹。

气体的速度干沉积的表面parameterised沉积速度,(cm年代¹)。用于计算臭氧的下行流量海洋,=在哪里C表示表面气体浓度水平。计算(在类比电传输)的倒数之和抗性遇到的气体在其旅程地表下沉。使用标准的阻力模型来计算沉积速度,抵抗气体沉积是大气阻力,quasilaminar阻力和表面电阻(14]。

韦斯利的气体干燥的沉积模式18)是广泛应用于空气质量、大气化学,化学气候模型来表示气体干沉积下沉。沉积速度的评价,这个方案只计算显式空气动力阻力和抗转移quasilaminar表层。表面电阻计算为一系列规模较小的电阻,一般由查表,提供与价值观不同的土地利用类型,物种和季节。在此系统中,推导的表面抗沉积在水面被忽视和表面电阻设置为一个常数值的2000米¹年代。相同的表面电阻应用于水面,无论水体分类、气候、气象条件,从而极大地简化了复杂的机制参与表面转移。表面电阻是最重要的参数在臭氧中沉积的海洋(19),在现实中,表面电阻大大降低湍流在海洋表面和海洋中ocean-depleting化学物质的存在surface-namely碘化(20.,21),和有机物质22),例如,叶绿素(23)和DMS (5,20.]。由于高活性臭氧的性质,这些海洋表面反应可以有一个非常重要的提高臭氧影响海洋沉积以及臭氧和有机物质之间的化学反应和叶绿素尚未parameterised约束在干燥的沉积模式。

由于参数化的表面电阻,干沉积的韦斯利(18)低估了臭氧对海洋的沉积速率高,以及一些风力达不到开发要求的速度相比,观察(20.]。

先进的Fairall et al。13)方案中描述的部分2.1是臭氧的显式参数化海洋沉积,允许提高臭氧沉积由于海洋表面湍流和海洋表层的反应。

Fairall等人计划最近被纳入全球模型,分析,讨论控制参数的作用,和验证参数化由Ganzeveld et al。5]。在这项研究中,参数化的扩展与碘化包括臭氧的反应,二甲基硫(DMS),烯烃和有机化学。研究发现生物地球化学控制的作用计算热带和亚热带地区的沉积速度,而臭氧沉积为主的动荡迫使中期高纬度地区生物地球化学因素。仿真结果表明小敏感的海洋边界层臭氧浓度在不同生物地球化学和紊流条件,尽管广泛的沉积率模拟使用Fairall et al。13计划是扩展到包括有机反应。这发生一定程度上是由于不同沉积速度影响因素的相互作用。例如,在热带地区,减少高水温值对臭氧的影响水溶性抵消较高的化学臭氧转移由于碘浓度升高。结果,在沿海地区应用增强的碘浓度没有解释观察和模拟之间的差异。此外,缺乏敏感性模拟边界层臭氧浓度干沉积速度说明了补偿效应的作用在气候模型由于大气传输和化学维护海洋边界层内臭氧浓度,尽管海洋时空变异性臭氧吸收。全局模型研究还发现使用先进Fairall et al。13]方案模型仅略有减少(6%)的总干沉积通量臭氧海洋相比,模拟了使用韦斯利(18)计划和持续的提高。这表明韦斯利(18]方案适合造型臭氧沉积在全球范围内为一年一度的时期,但它认为,由于北东。大西洋地区被有机活性和容易湍流条件下,使用化学增强Fairall et al。13)计划在该地区的臭氧浓度可能是更重要的由于对地区级的核,短期影响比全局模型的研究结果表明Ganzeveld et al。5]。同时,温度对分子扩散系数的影响是占在这项研究中,人们认为臭氧水溶解度的限制效应计算沉积速度将明显低于全球模型研究发现(见部分2.2。3)。此外,与全局模型模拟相比,在这项研究中盐度的影响臭氧溶解性、扩散性,ozone-iodide反应速率。我们的分析表明,盐度对ozone-iodide反应的影响可以提高反应率高达23%(部分2.3。1)。包括盐度对关键参数的影响占进一步的全球模型研究结果之间的差异和区域模型模拟给出的结果。

在这项研究中,Fairall et al。13)参数化已经适应占增强沉积在海洋表面由于iodide-ozone反应层。此外,机械的比例占海洋有机化学使用海洋叶绿素浓度作为有机的代理活动包括在计划中。然后纳入区域气候模型参数化与示踪扩展(远程)24,25)和模拟臭氧变化的敏感性和臭氧浓度在不同海洋环境碘浓度和有机化学研究。

2。方法

2.1。的细节Fairall et al。13参数化的海洋臭氧沉积

的臭氧沉积参数化Fairall et al。13)计算海洋臭氧干沉积速度的集成turbulent-molecular输运方程的海洋,而占海洋沉积臭氧的增加由于海面动荡和由于表面化学反应。海洋表面湍流风速的函数,水密度,水的浮力通量(26]。

化学反应集成到计划的反应时间尺度,(年代¹的时间尺度),正是海水中的臭氧的化学反应。它的计算是海面臭氧反应物的浓度()和二阶速率常数()的反应问题 而不是使用three-resistance韦斯利的方法(18),这个参数化结合大气和quasilaminar阻力计算成一个阻力项使用热带海洋大气全球海气耦合响应实验(TOGA-COARE)气体传输模型(27,28]。大部分的参数化符合turbulence-dependent表面电阻的计算与一个额外的化学增强。方案已经修改为允许碘化反应速率与温度的变化(29日),臭氧在水中扩散系数由于温度的变化(30.)和盐度(31日),和臭氧溶解性随温度的变化32]。

2.2。敏感性分析

2.2.1。动荡/ Nonturbulent方案

Fairall et al。13]方案计算表面阻力首先解决微不足道的动荡的情况下的守恒方程。从这个解决方案,动荡的解决方案是考虑湍流计算涡流扩散系数项获得使用表层相似比例(27]。从方案中,沉积速度有效地计算出两种情况:微不足道的动荡和不可忽视的动荡。图1描述沉积速度从湍流和nonturbulent计划获得反应各种风速的函数,显示如何动荡和nonturbulent方案收敛水侧反应值非常高。这种融合发生由于破坏臭氧的表层发生如此之快,海洋动荡没有提高对沉积速度的影响。的大小海洋表面湍流对沉积速度的影响取决于反应性术语。强风的速度(重大海洋表面湍流条件),沉积速度比nonturbulent案例较少依赖反应(低风速)。这说明了主导地位的动荡迫使活性下沉速度强风。

2.2.2。沉积速度的敏感性反应性术语

沉积速度的预测Fairall et al。13)计划在远程仿真后的各种反应和其相应的风速值,为了看看沉积速度的敏感性反应时间比例因子(),如图2。沉积速度计算的韦斯利(18)计划也被绘制在图2比较的目的。大幅提高沉积速度从Fairall et al。13观察图)方案2风速超过4 m s¹反应活性超过1000年代¹。在较低的反应活性,韦斯利(18]方案预测更高的沉积速度,特别是在一些风力达不到开发要求的速度。

所需的反应性价值Fairall et al。13)参数化与沉积速度计算的韦斯利(18]方案取决于风速值。一些风力达不到开发要求的速度(4 m s¹1000年代),反应性¹收益率相似的沉积速度预测的韦斯利(18]。强风速度(超过10 m s¹100年代),水侧的反应性¹在同一范围内将产生沉积速度预测的韦斯利(18]。因此,对于沉积速度超过预测的nonchemical, nonturbulent韦斯利(18)计划,海洋的反应应该超过1000年代¹。在低反应活性,Fairall et al。13)参数化预测沉积速度和风速之间的线性关系,由于湍流驱动的优势沉积化学沉,像在前一节中讨论。

在灵敏度分析的参数化,Fairall et al。13)发现,使用化学增强动荡的沉积模式,典型的观察臭氧沉积速度的0.05厘米¹需要的反应率1000年代¹。这可以从图2。加拉格尔et al。17)观察臭氧对水沉积速度高达0.1厘米¹在北海。沉积速度的大小需要反应率的10⁴年代¹使用Fairall et al。13方案在低到中度的风速。

2.2.3。沉积速度的敏感性海面温度(SST)

就像前面提到的2.1,Fairall et al。13)参数化约束允许了臭氧在水中扩散系数由于温度的变化(30.)和盐度(33和臭氧溶解性随温度的变化34]。使用盒子模型模拟,海温对沉积速度的影响研究为典型的北东部大西洋环境(风速为8米¹500年代和海洋活性¹)。参见图3。

盒模型模拟结果证实,包含温度依赖的分子扩散系数呈现模拟沉积速度海温变化不太敏感。从图3,斜率臭氧沉积速度和海温之间的关系是50%陡当臭氧的风场对分子扩散系数的影响不是考虑;在这种情况下,计算沉积速度可能会过分敏感的风场。介绍本文中所讨论的,包括臭氧扩散系数的变异性的影响被认为与海温弥补low-ozone溶解度的限制效应模拟臭氧沉积速度,相比全球模型研究的结果Ganzeveld et al。5]。

2.3。化学反应的比例

会计的化学反应Fairall et al。13)参数化需要化学反应项的比例中定义的(1)。在他们探索化学反应对臭氧的影响沉积,常et al。20.]碘是最可能的化合物驻留在海面驱动臭氧沉积相比其他物质(DMS,烯烃)。DMS被公认为有潜力提高臭氧沉积,但只有在极端海洋浓度。DMS的意思是海洋浓度,沉积速度由于臭氧分子气体传输和化学反应与DMS是一个数量级低于沉积速度由于分子扩散和化学反应的臭氧和碘化和沉积速度由于分子气体传输。臭氧和烯烃的反应再次进一步降低两个数量级。出于这个原因,臭氧与DMS和烯烃的反应并不被认为是在这项研究中,对臭氧的化学增强效应由碘化反应沉积黯然失色。Chang et al。20.)没有调查的叶绿素对臭氧的影响沉积Clifford et al。23]发现重大enhancment效果相同的数量级为碘化反应。在这项研究中,分析化学增强沉积臭氧限于碘和叶绿素反应。

2.3.1。碘化反应

规模,臭氧和它的各种反应物之间的动力学需要确定。碘化反应的增强效应臭氧沉积一直记录(20.,21]。从ozone-iodide反应的动力学导出了麦琪et al。29日ozone-iodide速率常数之间的关系,为不同的水温和水的盐度是派生的。由此,一个二阶反应速率之间的关系和盐水温度T推导了水的离子强度的海水(0.7米)导致的线性关系(2),指的是反应速率的臭氧在离子强度0.7 M和盐水指的是水温在开尔文 从东方三博士的工作等。29日],盐度的影响提高ozone-iodide反应速率高达23%相比,纯净的水,所以它被认为是重要的占海水的盐度parameterising ozone-iodide反应。

在北大西洋海洋碘浓度变化介于0和150海里35]。在这项研究中,碘化常数浓度不同50和200 nM之间评价的敏感性模拟臭氧水平,产生的臭氧通量碘离子浓度变化的影响,与全球造型研究Ganzeveld et al。5]推断海洋硝酸浓度之间使用一个anticorrelation和碘由坎波斯et al。36]。此外,全局模型研究没有包括的海水盐度对ozone-iodide反应动力学的影响,本研究的完成。

2.3.2。有机增强臭氧沉积

它一直假定有机反应在海面层可以显著提高臭氧影响沉积(22]。Clifford et al。23)之间的反应表明,臭氧和叶绿素可以增加臭氧沉积速度增加了3倍风速高达20米¹与沉积速度计算完全ozone-iodide反应。考虑到海洋中无处不在的叶绿素,臭氧的有机增强沉积可能对臭氧浓度有显著影响海洋边界层。这种有机增强臭氧沉积是机械化纳入Fairall et al。13)沉积方案叶绿素利用卫星数据的MODIS(中分辨率成像光谱仪)[37]。海洋叶绿素浓度的上限和下限设置为3毫克³和0 mg米³和海洋碘浓度分别被设置为100 nM的典型值。图4显示了2003年6月,每月平均叶绿素浓度MODIS探测到。尽管叶绿素值高达30毫克³在沿海地区在图可见4,叶绿素浓度的上限设置为3毫克m³在东北大西洋因为开放海域叶绿素浓度不超过这个值。另外,当模型的分辨率是考虑,叶绿素值平均在一个网格单元从来没有超过3毫克m³,即使是在沿海地区。因此,3毫克m³是一个明智的上限为本研究开放海域叶绿素浓度。

臭氧沉积速度计算,使用前麦琪et al。29日根据线性chlorophyll-dependent]碘化学和增加增强因素:沉积速度增加了3倍的上限叶绿素浓度的值。沉积速度是不变的叶绿素浓度下限沉积速度仅是基于碘化学。

在这项研究中采用的技术不同于Ganzeveld et al。5)应用线性相关的反应叶绿素浓度而在这项研究中,沉积速度增加线性与叶绿素和有机反应不代表。这种有机增强版本的Fairall et al。13)沉积计划在此被称为机械的臭氧沉积模式。

这个比例是一个粗糙的方法的有机反应的量化计算臭氧沉积速度,应解释为一个一阶表示Fairall内的有机化学等。13)计划,海洋叶绿素浓度被用作生物活性的代理人。进一步的工作需要parameterise臭氧有机反应沉积的作用。

2.4。Ozone-Deposition驱动向上碘通量

大气中碘的主要来源是最有可能由于从海洋中有机碘化合物的排放38]。马蒂诺et al。8]最近表明,有机碘在海洋环境中发现的比例可以由挥发性有机碘化合物(看到)中通过ozone-iodide反应所产生的海面,从而发现潜在的重大碘源开始的对海洋大气臭氧的海洋表面的沉积。VOI物种被马蒂诺et al。8CH)产生的臭氧沉积₂我₂,CH₂ICl,气₃。基于马蒂诺的发现等。8和花环等的工作。21),极端的上限可以估计碘蒸气释放到大气中臭氧,臭氧通量的海洋,假设所有的新看到海面发出,没有任何被运送到了海洋混合层或被光解的海洋空气界面。这个新定义的卤素源海洋边界层可以有明显的生物地球化学的后果,在海洋边界层(MBL)臭氧损耗和新粒子的形成。

3所示。仿真结果和讨论

每月远程模拟进行的6月,2003年。该模型领域横跨欧洲北部和描绘在图11。模型的分辨率设置为0.5度,平均网格单元大小为50公里50公里。气象和化学初始和边界条件从ECMWF(欧洲中期天气预报中心)和用于初始化所有网格点的每个模拟。横向边界执行每隔六小时和发射场景从EMEP提供网站。2003年,月平均叶绿素浓度在东北。大西洋的年度高峰在6月37]。

3.1。臭氧浓度场

图5显示表面能级月平均臭氧浓度在远程模拟使用不同的沉积体系。有很少或没有的区别模拟表面臭氧浓度水平使用nonchemical韦斯利(18计划和Fairall et al。13)计划50或200 nM碘浓度,符合全球模型研究的结果Ganzeveld et al。5]。你可以从这得出臭氧浓度预测使用Fairall et al。13)计划在远程对碘碘化反应现实的大西洋concentrations-even海洋碘离子浓度的上限为200 nM。因此,尽管碘浓度和反应速率的变化会导致臭氧沉积速度的变化,这些沉积速度不够显著克服气候模型中的其他补偿效应,大大减少模拟臭氧浓度。然而,显著减少臭氧浓度时观察到在东北大西洋机械臭氧沉积Fairall方案等。13是就业。模拟该地区臭氧损耗是由于相对较高的叶绿素浓度。海洋叶绿素浓度较低的地区(如地中海),机械的臭氧沉积方案模型类似的臭氧浓度计算使用韦斯利[18)计划。

图6描述了臭氧浓度在北东。大西洋地区预测通过远程使用的三个排列Fairall et al。13计划和使用nonchemical韦斯利(18)计划。Fairall et al。13]计划包括100纳米碘化学臭氧浓度预测与模拟使用韦斯利[18)计划。叶绿素对模拟臭氧水平的影响在这个区域可以看到通过比较月平均臭氧浓度模拟使用Fairall et al。13)计划扩展包括碘化学我计划(100海里),和机械的按比例缩小的版本包括碘化学和有机反应。臭氧浓度的模拟机械干沉积方案比臭氧水平低15磅的模拟由韦斯利(18计划和我计划的100海里。Fairall et al。13100海里我计划和机械的计划只有有机增强沉积速度和不同所以低臭氧浓度模拟机械的计划将包含的有机化学。

图7比较权杖的臭氧浓度测量站测量大气研究主管网站爱尔兰西海岸模仿本地区地面臭氧浓度。臭氧浓度测定在权杖头使用连续臭氧分析仪通过紫外分光光度法。看到特里帕西et al。39这个数据的完整描述和测量。所有模拟臭氧浓度同意很好观察,但梅斯头臭氧浓度模拟的机械方案关联与观察到的臭氧浓度比其他更好的方案。均方根(RMS)之间的偏差原位臭氧测量在梅斯头和模仿这一地区臭氧浓度为7.7磅在使用机械的方案,而下一个最近的相关性得到使用Fairall et al。131000年代随着反应)方案¹,韦斯利(18十亿分之9.1]方案使均方根偏差和十亿分之11.6,分别。这表明,平均而言,模拟臭氧浓度和之间的偏差原位测量结果的减少使用机械的臭氧干沉积方案比使用其他干沉积生成方案。然而,公司的结论的准确性不能画干沉积参数化,模拟臭氧混和比依赖于其他模型过程包括大气化学、运输、和边界条件。此外,原位表示一个点测量的测量臭氧混和比例,而模型输出代表平均臭氧混合比在一个网格单元,跨越50公里50公里。在这个分析中,已经试图解释这种通过比较模拟臭氧浓度原位臭氧测量平均超过1.75小时,所花费的时间一个气团遍历一个网格单元的长度(50公里),假设平均速度的东风8 m s¹。然而,局部效应影响臭氧浓度在梅斯头不会反映在模型模拟由于平均在网格单元面积的影响,所以模拟臭氧浓度不会有相同的变异在权杖臭氧测量头。这可以解释大型模拟和测量臭氧浓度之间的变化例如,儒略日166年和171年之间的测量是远低于所有模型的结果。

从图7,可以看出100海里我Fairall et al。13)方案和韦斯利(18]方案预测的臭氧浓度高于观测或其他模型组ups时期一些风力达不到开发要求的速度(如天165年和171年之间)。100纳米的反应我计划不够大说明臭氧水表面转移一些风力达不到开发要求的速度和韦斯利(18)计划并不占化学臭氧转移。因此,使用这两种方案,远程/臭氧浓度预测速度的一些风力达不到开发要求。

模拟使用Fairall et al。13常反应性设置为1000年代)方案¹预测非常相似的臭氧浓度在梅斯去模拟使用机械的方案(碘化反应由于100海里和有机增强)。因此,在爱尔兰西部海岸,它可以推断有机化学的影响导致1000年代海洋秩序的反应性¹。图8显示每月平均值不同沉积体系的沉积速度计算。在机械的方案,有机反应parameterised通过提高沉积速度根据海洋叶绿素浓度,所以有机反应不代表反应而言,的Fairall et al。13参数化。然而,通过比较平均沉积速度图中描述8与反应性和沉积速度之间的关系如图1和2,它可以推断,爱尔兰海岸周围的沉积速度获得使用机械的计划(0.6 - -0.1厘米¹)需要反应值超过1000年代¹假设温和的风速。的变化在韦斯利(18计划和1000年代反应¹计划发生由于湍流效应。

3.2。臭氧损耗速率

损失率的臭氧混合体积计算海洋由于干沉积为了评估不同臭氧的影响沉积速率的海洋大气臭氧损失由于干沉积和对环境的间接影响臭氧浓度。给出的损失率 在哪里海洋是干沉积通量的臭氧(沉积速度和环境的产物臭氧浓度)和l是边界层高度。沉积速度和臭氧浓度提取从远程和边界层高度800米作为一个常数。图9显示了各种臭氧损耗利率计算干沉积模式。

更高的沉积速度并不一定表示更高的臭氧损耗速度,随着损失率与臭氧浓度和沉积速度成正比。

臭氧对海洋的损失率随海洋碘浓度从第一个两块图9使用iodide-only约束方案Fairall et al。13]。发生这种情况是因为不同的沉积速度产生的干沉积基于反应计划。不过,可以看出,碘离子浓度的变化对地面臭氧浓度没有显著的影响,所以臭氧损耗的变化速率由于碘浓度太微妙的差异会影响周围的臭氧浓度,表明其他进程的主导地位在干淀积水槽的监管环境边界层臭氧浓度在远程干沉积损失率低。

韦斯利(18]方案预测臭氧损耗速率大于机械臭氧沉积模式。这发生由于环境的消耗臭氧的浓度,因为增强干沉积在海洋生物活性。

3.3。向上碘通量

20%的臭氧沉积海面与碘反应(21]。1%的碘氧化臭氧与有机物反应生成看到(CH₂我₂,CH₂ICl或气₃从海面)发布8]。潜在碘流量的上限对海洋大气臭氧沉积的结果预计使用这些关系。结果VOI通量图所示10。直接从向下向上VOI通量派生臭氧流量,所以同样的因素影响向上向下的臭氧通量和碘通量。向上VOI通量也随海洋碘浓度。强调,这种潜在VOI通量向大气中代表了一个极端的上限,并解释。

向上的VOI通量预测使用韦斯利[18]方案超过预测的Fairall et al。13)计划受到碘化反应。机械的臭氧干沉积方案预测VOI通量超过预测使用韦斯利(18)在一些地区(英国的东部北部),而通量小于预测使用韦斯利(18在其他领域(爱尔兰南部海岸)。

从海洋中碘的臭氧deposition-driven通量可能有明显的生物地球化学的后果。海洋气溶胶和云凝结核(CCN)可以由碘蒸气在沿海环境(11,40]。添加新的沿海大气气溶胶可能对全球产生重大影响太阳辐射预算由于传入的太阳辐射的散射作用,因此VOI通量的准确预测是必要的在预测未来气候情景。全面评估这个额外的大气影响碘源MBL,向上的有机碘通量和产生的化学反应和粒子的形成必须包含在偏远的化学计划。

3.4。Area-Averaged研究仿真结果

定量的比较仿真结果使用的各种干沉积体系是由各种参数的区域平均盒装在北大西洋地区,从爱尔兰coast-a地区相对较高的生物活性。显示在图11。在这个地区,平均、最大和最小沉积速度的各种方案进行比较,是平均模拟臭氧浓度、臭氧损耗平均利率,平均上升VOI通量和派生的平均增加每天的房费VOI-mixing比率。结果列在下表中1。

3.4.1。沉积速度

沉积速度模拟使用Fairall et al。13)参数化随海洋碘浓度,但正如我们前面看到的,这些变化太微妙,对环境有重大影响的臭氧浓度。这个地区的机械方案计算沉积速度超过计算使用(18)计划18%。无论是韦斯利(18)计划和Fairall et al。13碘化方案限制化学可以占沉积速度高达加拉格尔的观察et al。17]。表面电阻设置为一个常数2000米¹年代的韦斯利(18)计划,所以最大沉积速度计算该方案偏离很少从平均沉积速度;使用这个nonchemical计划,沉积速度不匹配的上限在任何条件下观察。

额外的化学反应必须包括在干沉积计划为了实现沉积速度高达观测。只有机械的臭氧沉积方案预测沉积速度高于观测Gallagher et al。17]。因此,只有通过集成干沉积的有机化学计划可以沉积速度高达观察被意识到。

3.4.2。臭氧浓度

模拟平均臭氧浓度在这个地区相对不敏感海洋碘浓度。有机化学的一阶参数化基于Clifford et al。(23到干沉积参数化导致模拟臭氧浓度减少的面积20.5%或9.5磅而浓度模拟使用韦斯利[18)计划。臭氧的增加沉积发生由于臭氧增强沉积速度由于包含机械的臭氧沉积的有机反应计划,正如上面所讨论的。韦斯利(18]方案预测平均1.6%这个地区臭氧浓度低于预测使用Fairall et al。13)参数化受到100海里的一个海洋碘浓度。

3.4.3。臭氧损耗速率

臭氧损耗平均计算韦斯利(18)超过机械计算的臭氧沉积计划在本地区近6%。损失率较低是由于较低的环境中臭氧浓度边界层由于臭氧沉积有机增强计算机械的臭氧沉积模式。反应计划只会受到碘化反应也限制越少计算臭氧损耗速率小于韦斯利(18]方案由于更高的沉积速度计算的韦斯利(18)计划。显示了相对较小的损失率的变化不会对环境有很大的影响臭氧浓度在偏远,但准确估计臭氧干沉积通量评估ozone-deposition驱动向上VOI通量是必要的。

3.4.4。潜在的上行VOI通量

这通量估计线性的臭氧通量下降。模拟潜在VOI通量发出订单的海洋在这一领域的10⁸分子厘米²年代¹。马蒂诺et al。8)计算的典型向下沉积通量碘310⁷原子厘米²年代¹。可能向上VOI超过沉积通量碘通量,构成大量额外大气海洋环境中碘的来源,特别是在地区的高生物活性的有机增强沉积臭氧分解成干沉积参数化。

3.4.5。增加VOI-Mixing比率

最近在东北iodocarbon通量的测量。大西洋(41]发现开放海域的海洋空气通量ozone-deposition派生看到(CH₃我,CH₂我₂,CH₂ICl)高达9.610⁷分子厘米²一天¹,这将导致混合比每天增加4.24的ppt。平均流量值观察到在这个地区将导致VOI每天增加1.2的ppt。在生物活性货架和沿海地区,测量VOI海洋空气流量测量,将导致混合比增加每天高达9.3 ppt和18.1每天ppt,分别。生物活性的测量被爱尔兰西海岸地区臭氧的有机增强沉积可能会发生。

平均模拟增加在该地区的潜在VOI-mixing比率是每天4的ppt的范围和ozone-driven iodocarbon通量在这个区域是2.5 -500 molec厘米²年代¹将对应于混合层增强VOI的浓度0.1 - -22.0每天ppt。这种增强混合比是计算理想气体的理论和假设边界层高度800米,应该理解为潜在的极端上限VOI通量由于臭氧发生沉积现实,这个通量的比例混合向下和比例进一步将photolysed海面(8]。要仔细考虑,模拟VOI-mixing比例范围内增强是最近观察到iodocarbon通量(41),特别是考虑到大型iodocarbon通量观测在书架和沿海地区。考虑到总有机碘的摩尔混合比范围边界层(3 - 4 pptv之间42- - - - - -44),即使是很小的混合比增强这些比例将大大提高大气中的碘浓度。

多余的碘化合物释放到大气中可能会进一步增加臭氧损耗的海洋边界层,从而形成一个催化臭氧破坏的循环。阅读等。45]调查halogen-mediated臭氧破坏的热带大西洋,发现基于典型有机碘摩尔混合比例的3 - 4 ppt MBL [44),产生的IO 1 ppt的浓度会导致臭氧的损失十亿分之1.24每天由于大气反应IO。粗略的假设有机碘浓度之间的线性关系和产生的臭氧亏损,额外的涌入22 ppt有机碘每天到混合层由于ozone-deposition驱动VOI通量会导致进一步的臭氧亏损十亿分之7.8每天。即使这种情况下代表上限VOI通量MBL,显然,halogen-mediated臭氧破坏周期可能会显著影响臭氧浓度海洋边界层,消耗臭氧混合比率ppb每天的订单。旨在进一步研究这种反馈机制、远程需要适应包括卤素化学和向上的VOI通量。这对进一步的工作计划。

4所示。结论

符合全球模型研究的结果由Ganzeveld et al。5),我们的研究结果表明,臭氧浓度预测的Fairall et al。13)参数化在远程对现实的海洋碘离子浓度的变化。此外,臭氧浓度预测的湍流和化学增强沉积计划不超过预测的高度parameterised韦斯利(18]方案参数化时受到碘化学仅为典型的海洋碘浓度。为了使新方案来模拟沉积率高达野外观察,海洋反应必须在1000年代的顺序¹。这种额外的反应性的来源很可能由于臭氧与有机物反应和叶绿素在海面22,23]。

沉积速度高达加拉格尔的观察et al。17]被意识到的地区使用机械的高生物活性的臭氧沉积计划,在原油有机臭氧反应的第一种方法扩展应用于Fairall et al。13参数化。使用这种机械的臭氧沉积方案包括有机反应了边界层臭氧浓度远低于那些使用高度parameterised预测,不断提高沉积的韦斯利(18]。这个结果的对比发现Ganzeveld et al。5]发现使用机械观的评价表面电阻实际上减少了总干沉积通量的臭氧海洋相比,模拟了使用韦斯利[18)计划和持续的提高,尽管全球模型研究包含额外的化学反应与DMS的臭氧,C₂H₄C₃H₆在这项研究中,它被认为可以忽略不计。然而,变化之间的全局模型结果和结果这最有可能由于变异之间的时间和空间分辨率的两个模型的研究:本研究的重点是有限的生物活性区域在一段时间内的年生物活性最大,因此可以预见,生化效应将显著产生的模拟。相比之下,Ganzeveld et al。5)研究了在全球范围内每年段和模拟的年平均混合比率进行分析,不能反映短期季节性影响。如上所述的介绍,韦斯利(18)计划是在模拟臭氧沉积大规模模拟,但机械Fairall et al。13)参数化是最适合模拟臭氧沉积速度为特定的地区或季节影响,海洋的高生物活性的浮游生物。此外,Ganzeveld et al。5]使用变量推断海洋碘浓度场与碘化常数海洋领域的利用研究。另外,全局模型研究不允许的增强效果高海面温度(SST)臭氧在水中的扩散系数,因此臭氧转移地区海温有限高的溶解度和海水盐度的增强效果ozone-iodide全球模型没有考虑反应动力学研究。

基于本研究的发现,它是假定高臭氧流量可以从理论上解释只有考虑臭氧与海洋居住有机物的反应。

模拟与臭氧浓度一致原位测量在梅斯的头。平均机械的臭氧沉积方案显示至少偏离测量。这表明密切联系实际的臭氧浓度和臭氧浓度模拟使用机械的方案(十亿分之7.7的均方根偏差)比使用iodide-only方案或nonchemical韦斯利(18)计划(十亿分之11.6的均方根偏差)。

臭氧干沉积通量取决于臭氧浓度和沉积。臭氧通量的变化不一定对环境有重大影响臭氧浓度由于其他模型过程在干沉积过程的主导地位较低的沉积速度。

据作者所知,这是第一个研究使用先进的机械的臭氧沉积方案Fairall et al。13)定量评估碘的新发现的臭氧deposition-driven上升通量从海洋中马蒂诺et al。8),可能有明显的生物地球化学的后果。臭氧浓度对海洋环境碘的浓度,但臭氧干沉积通量(和产生向上的碘通量)随海洋碘浓度,所以碘化反应必须在干燥的显式沉积模型充分模拟生物地球化学臭氧干沉积通量的后果。

确认

作者欣然承认美国环境保护署(EPA)的支持(环保局项目2006 - aq - ms - 50:臭氧水平、变化和趋势在爱尔兰接受了综合分析)。NOAA的克里斯·Fairall也欣然承认提供在本研究中使用的参数化。作者还要感谢匿名评论者的评论和回复,显著提高论文的质量。