Оценки потоков углекислого газа в пограничных слоях атмосферы и океана при ураганных условиях по данным дистанционного зондирования

Проблема парникового эффекта и его связи с глобальным потеплением на нашей планете является на сегодняшний день наиболее дискутируемых. В связи с этим актуальной задачей становится изучение глобального цикла углекислого газа, получение точных оценок для процессов, приводящих к его эмиссии в атмосферу и наоборот стоку, для разработки моделей описывающих его баланс. В этом отношении процесс газообмена между атмосферой и гидросферой является наименее изученным в силу недостаточного количества эмпирических данных, а также сложных процессов влияющих на содержание углекислого газа в водной толщи. К ним следует отнести химические процессы и биологические процессы, чувствительные к гидрологической обстановке. Мировой океан является самым крупным резервуаром углерода на планете, его запасы более чем в 50 раз превосходят запасы углерода в атмосфере и в 15 раз запасы в экосистемах суши. Обмен СО2 между океаном и атмосферой происходит при наличии вертикального градиента парциального давления между поверхностным слоем морской воды и приводным слоем атмосферы. В среднем мировой океан поглощает 92 млрд т С/год, а выделяет в атмосферу 90 млрдт С/год, т.е. он является активным поглотителем угле- кислого газа, тем самым ослабляя антропогенный парниковый эффект, обусловленный выбросами от сжигания ископаемого топлива и производства цемента, которые составляют 5,5 млрд т С/год.
В работе [1] сравниваются различные эмпирические зависимости скорости газообмена от скорости ветра, полученные как по данным непосредственных измерений в лабораторных и натурных условиях, так и на основе анализа глобального цикла с использованием данных о средней скорости ветра. Показано, что различные зависимости демонстрируют сильные расхождения при больших скоростях ветра. При этом все они имеет степенную зависимость с показателем достигающем 3,5. Таким образом, следует ожидать интенсификации газообмена при ураганных ветрах, наблюдаемых в тропических циклонах.
В настоящей работе выполнены оценки для потоков углекислого газа через морскую поверхность в условиях урагана Earl по данным его изображения, полученного с помощью радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) С-диапазона излучения, установленного на спутнике RadarSat. Изображение было получено 10 сентября 2010 г. Его общие размеры около 500*500 км и разрешение около 50 м. Разность парциальных давлений находилась с использованием методики, предложенной в работе [2]. Распределение скорости было получено на основе использования геофизической модельной функции (ГМФ), связывающей значение удельной эффективной площади рассеяния и скорость ветра. ГМФ была получена в лабораторном эксперименте при моделировании ветро-волнового взаимодействия для ураганных условий. Для вычисления коэффициента переноса была использована зависимость от скорости ветра аналогичная [2]. В результате получено распределение потока углекислого газа в области снимка. Полученные оценки полного потока по всей области снимка демонстрируют превышение примерно в 25 по сравнению со средними значениями в [2]. Это, скорее всего, связано с использованием в [2] данных о скорости ветра полученных по результатам реанализа, который имеет большое пространственное усреднение и временное усреднение.