Impact of Wind, Rain, and Surface Slicks on Air-Sea CO2 Transfer Velocity - TankExperiments -
Final Report Abstract
Es wurden Versuche am linearen Wind-Wellen Kanal der Universität Hamburg durchgeführt, um den Austausch von CO2 zwischen Luft und Wasser unter verschiedenen externen (atmosphärischen) Bedingungen (Wind, Regen, Wellen) besser zu quantifizieren. Hierfür wurde das Tanksystem hermetisch abgeschlossen und Messungen der CO2 Konzentration in der Luft und im Wasser des Tanks benutzt imi die Transferrate zwischen beiden Bereichen zu bestimmen. Die Austauschmessungen zeigen eine klare quadratische Abhängigkeit von der Windgeschwindingkeit für den untersuchten Bereich. Die Messungen zeigen auch eine Erhöhung des Gasaustausches durch den Einfluss von Regen. Die Transfergeschwindigkeit hängt bei gleicher Windgeschwindigkeit linear von der Regenrate ab. Die Effekte von Wind und Regen sind für die meisten Parameterkombinationen linear additiv. Die Absorption von CO2 durch die Regentropfen ist lokal zu berücksichtigen, für das gesamte Wasservolumen aber nicht signifikant. Aus den Messungen karm der folgende least-squares Zusammenhang zwischen Regenrate, Windgeschwindigkeit und Transfergeschwindigkeit abgeleitet werden: k(600) = -0.135 + 0.044RR + 0.003u10 + 0.214u2/10 (6) wobei RR die lokale Regenrate unter dem Regengenerator und u10 die fiktive Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe ist. Die verwendete Messmethode eignet sich gut für die Bestimmung von Transfergeschwindigkeiten bei Referenzwindgeschwindigkeiten bis 6 m/s. Bei höheren Windgeschwindigkeiten erschweren die leichten Undichtigkeiten des gesamten Windwellenkanals präzise Messungen. Die Ursachen hierfür kormten im Rahmen des Projektes nicht bestimmt werden und sind noch genauer zu untersuchen. Um Unsicherheiten der Ergebnisse aufgrund der relativ geringen Messrate von CO2 im Wasserbereich zu untersuchen, und um die dabei verantwortlichen Prozesse zu verstehen, wurden numerischen Simulation der Strömungs- und Stoffverteilung im WWK durchgefiihrt. Die Ergebnisse verdeutlichen die bestimmende Rolle der advektiven Prozesse im Tank bei der Aufnahme von CO2 des Wassers an und zeigen eine klare Schattenzone unter dem Windeinlass auf, in der nur sehr verlangsamt CO2 Gehalte nachzuweisen sind.
Publications
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(2007): Tank Experiments on the Influence of Rain on Air-Sea CO2-Exchange. AGU Fall Meeting 2007, San Francisco, CA, USA
Anweiler, A., M. Gade, P.A. Lange und B. Schneider
