基于星载激光雷达数据的海气界面CO2传输速率反演

摘要

云-气溶胶激光雷达和红外探测者观测卫星(Cloud-Aerosol Lidar and InfraredPathfinder Satellite Observations,CALAPSO)其上携带有主动光学传感器.双波长偏振灵敏激光雷达CALIOP,可发射532nm、1064nm的激光脉冲,相对于微波雷达,其激光波长远小于海表波浪波长,可探测到表征海面粗糙度的高分辨率全波数海表波浪均方斜率。同时在海气交换物理机制上,相较于海面风速,海表波浪与海气界面CO2交换联系更为直接。本文旨在探索将CALAPSO星载激光雷达数据应用于海气界面CO2交换通量的研究,尤其是应用于反演海气界面CO2传输速率。
　　本文在对CALIPSO激光雷达数据产品进行数据筛选、提取海表信号的过程中,增加降水量非零的筛选条件,去除海面降水情况对海气界面气体交换的影响。利用2007年1、4、7、10月四个月夜间CALIPSO星载激光雷达Version3.01数据,提取532 nm通道海表后向散射信号计算海面波浪均方斜率。同时选用准同步AMSR-E海面风速数据,利用Wanninkhof2009年提出的包含线性、平方、立方项的海面风速与气体传输速率混合关系模型计算海水施密特数为660时的海气界面气体传输速率k660。通过回归分析,得到由星载激光雷达数据反演气体传输速率k660的分段指数关系模型,并将此关系模型的反演结果与利用四种典型k660-U10关系得到的气体传输速率进行比较验证,在海面中低风速条件下,该模型的反演结果与四种典型模型具有较好的相关性。
　　海气界面CO2交换通量等于海气界面CO2传输速率、CO2在海水中的溶解度及海气界面CO2分压差的乘积,本文利用AMSR-E海表温度数据、全球海洋资料图集(World Ocean Atlas,WOA)海表盐度数据计算CO2在海水中的溶解度,综合大西洋海洋与气候实验室(Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory,AOML)提供的2007年全球月平均海气界面CO2分压差数据计算2007年1、4、7、10月月平均及2007年年平均海气界面CO2交换通量。因为受到海表温度、海表生物活动对CO2利用率、海表风速等因素的影响,海气界面CO2交换通量呈现显著的季节变化特性,在中纬度太平洋、大西洋、印度洋地区存在CO2源汇区季节性的交替,赤道太平洋及南大洋地区为CO2强源区,南北纬20°至50°以内地区为CO2强汇区,并且分布特点与AOML年平均通量分布结果基本相同。