文摘

臭氧通量,源自梯度测量在大西洋东北部沿海水域,观察依赖潮汐高度和太阳辐射。臭氧峰值流量的μg m⁻²年代⁻¹发生在低潮条件当暴露微藻领域导致了流量足迹。此外,在高中档潮,当水面贡献主要通量足迹,通量的顺序μg m⁻²年代⁻¹被观察到。只考虑通量在水覆盖表面,并使用先进的臭氧沉积模型,占地表水化学增强沉积下沉,这是证明一个光化学增强反应和溶解有机碳(DOC)需要解释增强臭氧沉积在白天。这水池相当于一个臭氧损失率高达十亿分之0.6每小时高峰太阳辐照度和指向下一个失踪的水槽在海洋边界层臭氧预算。

1。介绍

对流层臭氧对人体健康的负面影响,植被(1)也作为一个重要的温室气体。最近在北大西洋背景趋势分析空气在梅斯的头站在爱尔兰西部的研究显示背景臭氧浓度的增加每年十亿分之0.16 (1988 - 2007)2]。梅斯的头是一个干净的海洋网站,代表空气向欧洲运送在北大西洋海洋边界层。因此,臭氧浓度上升在权杖代表背景臭氧水平上升。臭氧浓度上升的背景在梅斯头不能解释为人为排放模式的改变,和模型的研究一直未能再现观察趋势(3,4];因此,有必要研究过程影响背景臭氧浓度。Jenkin [5)半球臭氧的逐步增长,由于全球范围内的影响,确定影响在大西洋上空臭氧流水到西欧的三个主要影响在英国本地臭氧测量的数据。臭氧浓度的上升背景构成重大贡献地区臭氧污染的,所以是重要的对污染控制政策制定者的关注。因此,为了评估未来的趋势背景臭氧浓度、臭氧的洲际运输应充分体现在评估模型以及任何相关的清除过程,其中一个是干沉积臭氧的海洋。

臭氧对地表水的沉积通过物理吸收(溶解度,湍流混合)和表层的化学反应6)是一个臭氧去除过程可能影响表面臭氧浓度在洲际运输。从实地测量7,8),海洋沉积速度的臭氧被跨越的范围0.53到1.0毫米⁻¹。科尔曼et al。9)描述包含先进的臭氧干沉积参数化Fairall et al。10在偏远的地区气候模型。的Fairall臭氧干沉积参数化方案占臭氧的湍流和化学增强沉积水的表面。在他们的研究中,科尔曼et al。9)扩大了Fairall计划包括臭氧损耗通过与碘化反应和溶解有机物(DOM)。参数化也适应变化的臭氧扩散系数、溶解性和反应性海洋表面温度和估计排放的挥发性有机碘(VOI)蒸气反应后臭氧与碘和DOC(例如,11])。在目前的研究中,Fairall参数化是进一步发展parameterise ozone-DOC反应与二阶反应速率经验来自的实验室工作12]。盒模型更新的结果Fairall参数化进行比较,原位臭氧梯度通量测量在梅斯的头。

2。测量方法

臭氧梯度流量测量进行了22米塔梅斯头上大气研究机构(13西海岸的爱尔兰(53°20′N, 9°54′W)。22米的海岸线到西塔是不均匀的,岩石,倾斜与潮汐地区扩展从50米到150米的塔。两个热科学(模型49我)光度O₃分析器的响应时间20秒采样在22米和10米高度获得O₃浓度配置文件在1分钟的间隔。托管的啊₃分析器,吉尔R3三维超声风速仪采样10 Hz被用来量化micrometeorological参数。Monin-Obukhov长度()与测量身高(同时使用)计算无因次尺度参数,,定义了边界层的热稳定状态。这个参数只用于确保数据被认为属于中性或略不稳定条件。同时过滤数据对应的权杖头清洁海洋领域(190°<风向< 350°)确保考虑数据对应于一个海洋足迹。足迹的峰值位于大约1公里海上,在研究Geever et al。14]。通量的相对贡献的足迹在每个测量一天中午是描绘在图1。

为了保证数据质量,O之间的相互比对₃分析器进行定期在一个高度。这些相互比对周期的平均差(十亿分之0.491)然后减去从他们给最后一个梯度之间的区别。只有最终梯度大于平均值添加到标准偏差之间的区别这两个工具在相互比对被认为接受进一步分析。这种过滤的数据保证读数没有偏见的仪器零点漂移和消除噪音,确保只有强烈的信号梯度数据被认为是。

梯度通量,基于理论(15)和之前部署在梅斯的头,被Ceburnis et al。16),是计算使用垂直配置文件之间的臭氧浓度10 m和22 m和频繁系数来自micrometeorological测量。这个计算假定的涡流扩散系数系数动量和O₃是相似的,这并非总是如此。分子扩散的类似于菲克定律,O₃通量()可以计算与涡流扩散系数乘以垂直浓度梯度系数,,如下: 从计算通量、臭氧沉积速度()到海洋表面计算()。理想情况下,测量通量应该验证确保能源预算关闭,但不幸的是必要的数据不能用于评估能源关闭。

3所示。模型开发

的Fairall参数化,包括化学反应是基于实验室研究的进一步发展12,17),臭氧的化学增强沉积速度是量化碘和DOC反应物。臭氧的反应速率和医生,_,通过比较计算结果从ozone-iodide反应吗Fairall干沉积理论和已知ozone-iodide反应动力学(18),确定系统常量实验装置。ozone-iodide实验的结果可以推断ozone-DOC实验,假设一致的实验装置。Fairall计算了啊₃干沉积的表面电阻之和()和空气动力阻力()。琼斯(17)进行实验测量损失的臭氧沉积速度饱和碘化解决方案类似的实验室设置。在臭氧中沉积饱和碘化解决方案,可以假定为零,所以抗干沉积是由于只有。琼斯的使用数据,估计的逆沉积速度和3130年代发现m⁻¹。这是作为典型等实验室条件下的这些实验被处决。结合麦琪和速率常数用于et al。18]因为海面O₃我的反应,我们可以定义方面的实验装置Fairall干沉积速度方程。表面湍流术语(τ)是需要结合复制马蒂诺et al。12)实验。因此,海水干沉积速度可以写成: 在哪里是臭氧的溶解度,是臭氧和反应物的二阶速率常数反应物的摩尔常数在水面,然后呢的扩散系数是臭氧在海水中。首先,通过拟合方程的右边版本马蒂诺数据(图2),我们计算,然后我们计算臭氧和DOC的二阶速率常数反应()。海洋DOC浓度估计使用叶绿素和医生之间的关系描述Kepkay和井19基于他们的研究在北大西洋:。典型的碘浓度为夏季沿海海域爱尔兰西海岸被50 nM我20.),一个典型的叶绿素a的浓度1毫克/ m³来自MODIS (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov)。其他变量在模型中,包括臭氧溶解度和扩散系数设置为中概述科尔曼et al。9]。

4所示。结果与讨论

测量和模拟通量和相应的沉积速度图中所示3短期间运动研究(222 - 225或2010年8月10号至13号,)。测量通量平均在30分钟的间隔。测量的不确定性是由误差图表示3。不确定性的主要来源是O₃只精确到最近的磅的分析器。低潮的时期影响测量,同样观察到怀特黑德et al。21)和描述在阴影区域。U₂₂值在此期间大多低于10米⁻¹风,主要NW方向。梯度通量主要是负的,说明表面下沉。可以注意,退潮的时候发生在中午在所有四天,与每日太阳辐射最大,如图3。

模拟和测量通量都按照所观察到的加拉格尔et al。7利用涡度相关技术。虽然模仿通量测量通量相同的数量级,测量通量的变化在最初并不复制框模型的结果。表面转移是主要的瓶颈臭氧沉积水的表面10]。反应性(),一阶损失率代表化学损耗臭氧的海面层,代表表面转移,最大的不确定性与观察和比较表明,一些重要的反应过程是失踪或未知。

指图3,很显然,不包括通量与低潮条件有关,集大负通量配合高太阳能照射。这表明可能有photoenhancement臭氧的反应。气相化学反应高于水面,但低于最低的测量水平之间的差异部分可能导致模型结果和测量;不过,鉴于卤素浓度超过一个数量级低于O₃(22),这样的反应梯度的贡献被认为是微不足道的;因此,通量的增加是由于(臭氧反应。尽管Kupper et al。23不依赖光]发现臭氧和碘的反应是,最近的一项研究里斯et al。6]证明photoenhancement臭氧和有机物质之间的反应。photoenhancement ozone-organic反应的一个可能的原因可以从研究推导出泽普et al。24),描述了紫外线辐射改变水生溶解有机物(DOM)的可用性微生物和加速光降解的DOM可能会增加海洋反应臭氧通过暴露更多的活性物种。为了复制nontidal臭氧变化趋势与辐照度有关,我们引入一个光化学增强因素建模ozone-DOC反应,即臭氧反应增强了20倍的最大太阳辐射,以及线性扩展应用于反应性术语。这个比例是一个粗糙的一阶近似,比例限制选择框模型匹配的结果原位数据,结果是描绘在图3。当我们缺乏定量信息的增强效果ozone-DOC反应,很明显,引入这种光化学增强显著提高了实验数据的复制模型。将这个新的光化学术语导致臭氧的增加沉积损失率高达十亿分之0.6相比,每小时每小时0.2磅,而光化学。

集高下行臭氧观测天223.5和224.5不是复制的模型,但是最有可能由于高风速和low-tidal macroalgae曝光。macroalgae暴露在低潮提高臭氧沉积在物理和化学两个层面:身体、臭氧粗糙macroalgae表面沉积是更重要的比水面,而化学接触macroalgae臭氧氧化应激刺激,诱导分子碘的释放25)迅速与周围的臭氧反应,导致进一步的损耗和可能向下臭氧通量明显增加。指图1很大一部分的通量足迹在潮汐区,表明一个增广潮汐影响期间。增加沉积通量观测到223年和224年在夜间高潮天不复制模型。这些高通量在风速较低的时期,发生,所以很可能发生通量提高由于水相化学反应的变化。碘化模型parameterises海洋化学反应使用典型的海洋海洋潮汐和DOC浓度变化反应不占这些结果。

5。结论

Photoenhancement ozone-DOC反应必须考虑的臭氧干沉积参数化产生相应的结果原位梯度流量测量。假设湍流充分占表面转移Fairall计划,必须依赖太阳能臭氧反应。包含海洋表面的太阳辐射增强臭氧反应臭氧沉积通量参数化导致模仿臭氧增加38.5%,臭氧的显著增强海军损失机制。实验室研究需要量化的影响太阳辐射在臭氧医生,但这项工作表明,不考虑photoenhancement臭氧反应的医生会导致臭氧输给了海面的低估通过干沉积,损失机制尤其是造型洲际运输相关的臭氧。加上全球浮游植物浓度的栖息的知识正在下降(26,27),减少有机物在大西洋,和相关的沉积通量降低,可能是一个因素在以前无法解释的背景臭氧浓度的升高在梅斯发现头(2]。

确认

EPA在合同CCRP5.3 (EASI-AQCIS), 2006 - aq - ms - 50(臭氧在爱尔兰的趋势),和CCRP-09-FS-4-2,空气Quality-Climate交互承认这项工作的支持。