HYT 0343.4-2022 海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測與評估技術(shù)規(guī)程 第4部分：基于分壓差的通量評估

中華人民共和國海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測與評估技術(shù)規(guī)程第4部分：基于分壓差的通量評估Protocolofair-seaCO?fluxmonitoringandassessmen中華人民共和國自然資源部發(fā)布HY/T0343.4—2022前言 I Ⅱ 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 4總則 24.1計算流程 24.2平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算 25網(wǎng)格化海-氣二氧化碳交換通量 35.1海水二氧化碳分壓 35.2大氣二氧化碳分壓 35.3海-氣二氧化碳交換通量 36非網(wǎng)格化海-氣二氧化碳交換通量 56.1海水二氧化碳分壓 56.2大氣二氧化碳分壓 56.3海-氣二氧化碳交換通量 57監(jiān)測區(qū)域源匯評估 6附錄A(資料性)海-氣交換速率及轉(zhuǎn)換系數(shù) 7附錄B(資料性)標(biāo)準(zhǔn)偏差傳遞公式 附錄C(資料性)網(wǎng)格化海-氣二氧化碳交換通量計算實例 參考文獻 I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件是HY/T0343《海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測與評估技術(shù)規(guī)程》的第4部分。HY/T0343已經(jīng)發(fā)布了以下部分： ——第4部分：基于分壓差的通量評估；——第7部分：現(xiàn)場監(jiān)測二氧化碳分壓數(shù)據(jù)處理。本文件由中華人民共和國自然資源部提出。本文件由全國海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC283)歸口。本文件起草單位：廈門大學(xué)、國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心。Ⅱ海洋碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分，海-氣二氧化碳交換通量是海洋碳循環(huán)研究的重點之一。海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測的主要方式包括船載走航式監(jiān)測、浮標(biāo)監(jiān)測、岸基定點監(jiān)測及衛(wèi)星遙感監(jiān)測等。我國海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測日益業(yè)務(wù)化和常態(tài)化，亟待相關(guān)操作規(guī)程，來規(guī)范海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測和源匯評估。HY/T0343《海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測與評估技術(shù)規(guī)程》旨在統(tǒng)一、規(guī)范海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)和源匯評估結(jié)果的科學(xué)性和國際可HY/T0343《海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測與評估技術(shù)規(guī)程》由以下7個部分構(gòu)成：——第1部分：斷面監(jiān)測；——第2部分：浮標(biāo)選址；——第3部分：浮標(biāo)監(jiān)測；——第4部分：基于分壓差的通量評估；——第5部分：衛(wèi)星監(jiān)測；——第6部分：二氧化碳分壓測定非色散紅外法；——第7部分：現(xiàn)場監(jiān)測二氧化碳分壓數(shù)據(jù)處理。1海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測與評估技術(shù)規(guī)程第4部分：基于分壓差的通量評估本文件規(guī)定了基于海-氣二氧化碳分壓差，計算海-氣二氧化碳交換通量及其平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法。本文件適用于不同季節(jié)、多年平均的海-氣二氧化碳交換通量的源匯格局及其時空變異的評估。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。HY/T0343.7—2022海-氣二氧化碳交換通量監(jiān)測與評估技術(shù)規(guī)程第7部分：現(xiàn)場監(jiān)測二氧化碳分壓數(shù)據(jù)處理3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。大氣二氧化碳分壓partialpressureofCO?inatmosphere一定溫度下，CO?氣體單獨存在且占有與大氣相同體積時的壓力。海水二氧化碳分壓partialpressureofCO?inseawater一定溫度和鹽度下，海水與空氣的CO?分壓達到平衡時空氣的CO?分壓。海-氣二氧化碳交換通量air-seaCO?flux單位時間單位面積上海水與大氣CO?的凈交換量。氣體以分子擴散的形式通過海-氣界面的速率。一定壓力下，每千克海水中能溶解CO?的摩爾數(shù)。2按照圖1a)進行網(wǎng)格化海-氣CO?交換通量(FCO?)計算，按照圖1b)進行非網(wǎng)格化FCO?計算。 (1)標(biāo)準(zhǔn)偏差計算公式： (2)3)位只能屬于一個網(wǎng)格。網(wǎng)格大小的劃分依據(jù)是每個網(wǎng)格里的數(shù)據(jù)量不小于4,且空白網(wǎng)格率不大于若監(jiān)測數(shù)據(jù)不能滿足每個非空白網(wǎng)格都有pCO?Air,則計算該航次所有儀器校正大氣CO?摩爾分若航次未監(jiān)測大氣xCO?Cor,則用鄰近大氣監(jiān)測站的月平均xCO?Cor或等效數(shù)據(jù)作為每個監(jiān)測點 4SSS——表層海水鹽度(1978實用鹽度標(biāo)度)。p=999.842594+0.06793952×SST-9.09529×10-3×SST2+1.001685×10-?×SST3-1.120083×10-?×SST?+6.536336×10-?×7.6438×10-?×SST2-8.2467×10-?×SST3+5.3875×10(一0.00572466+1.0227×10-?×SST-1.6546×10-?×SST2)×SSS1.5+4.8314×10-?×SSS2 SST——表層海水溫度(90溫標(biāo)),單位為攝氏度(℃);SSS——表層海水鹽度(1978實用鹽度標(biāo)度)。Sc=2073.1-125.62×SST+3.6276×SST2-0.043219×SST3 (8)SST——表層海水溫度(90溫標(biāo)),單位為攝氏度( (9) 第j個瞬時風(fēng)速數(shù)據(jù)Um——航次平均U,單位為米每秒(m/s)。風(fēng)速，可用衛(wèi)星遙感風(fēng)速計算。如果測定風(fēng)速不是U,可根計算監(jiān)測區(qū)域內(nèi)所有網(wǎng)格年平均FCO?的平均FCO?的標(biāo)準(zhǔn)偏差(δFCO?)由pCO?awae的標(biāo)準(zhǔn)偏差(δpCO?awaer)、pCO?Air的標(biāo)準(zhǔn)偏差5 (12)6K?——CO?的溶解度系數(shù)，單位為摩爾每千克大氣壓[mol/(kg·atm)],按公式(5)計算；p——表層海水密度，單位為千克每立方米(kg/m3),按公式(6)計算；△pCO?——海-氣CO?分壓差，單位為帕斯卡(Pa)。根據(jù)公式(1)計算所有監(jiān)測點FCO?的平均值作為航次平均FCO?,根據(jù)公式(2)計算航次標(biāo)準(zhǔn)偏差。分別根據(jù)公式(1)和公式(3)計算季節(jié)和年平均FCO?及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。7監(jiān)測區(qū)域源匯評估在空間上，如果某網(wǎng)格或調(diào)查區(qū)域的平均FCO?為正值，則該網(wǎng)格或區(qū)域為大氣CO?的源，強度為FCO?的數(shù)值；如果FCO?為負(fù)值，則該網(wǎng)格或調(diào)查區(qū)域為大氣CO?的匯，強度為FCO?的絕對值；如果FCO?為0,則該網(wǎng)格或調(diào)查區(qū)域的海水CO?與大氣平衡。在時間上，如果某航次、季節(jié)或年均FCO?為正值，則在該航次期間、季節(jié)或年尺度是大氣CO?的源，強度為FCO?的數(shù)值；如果FCO?為負(fù)值，則在該航次期間、季節(jié)或年尺度是大氣CO?的匯，強度為FCO?的絕對值；如果FCO?為0,則海洋CO?在該航次期間、季節(jié)或年尺度與大氣平衡。網(wǎng)格化海-氣CO?通量計算和CO?源匯評估示例見附錄C。7HY/T0343.4—2022(資料性)A.1海-氣界面氣體交換速率與10m高度風(fēng)速的關(guān)系根據(jù)海-氣界面的氣體交換速率(k)與10m高度風(fēng)速(Ulo)的關(guān)系，計算k的常用公式如表A.11不限制2不限制3不限制4不限制56不限制78k=ksoo×(Sc/600)-0.5…………(kso——施密特數(shù)Sc為660時的交換速率，單位為厘米每小時(cA.2非10m高度風(fēng)速的轉(zhuǎn)換系數(shù)U??=Uz×Kz8Zm9HY/T0343.4—2022表A.2不同高度的風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù)K?(續(xù))ZmA.3平均風(fēng)速補償系數(shù)用公式(4)計算FCO?時，如果采用k與U?的立方關(guān)系，則平均風(fēng)速補償系數(shù)C;為C?,用公式式中：U;——第j個瞬時風(fēng)速的大小，單位為米每秒(U;3)—第j個瞬時風(fēng)速三次方的平均值，單位為米每秒的三次方[(m/s)3];Uman——航次平均U10,單位為米每秒(m/s)。如果采用k與U??的線性關(guān)系，則C;為1。U?——海面上10m高度風(fēng)速，單位為米每秒(m/s);δU??——U??的標(biāo)準(zhǔn)偏差，單位為米每秒(m/△pCO?——海-氣CO?分壓差，單位為帕斯卡(Pa);δ△pCO?—△pCO?的標(biāo)準(zhǔn)偏(資料性)網(wǎng)格化海-氣二氧化碳交換通量計算實例以東海2009年8月的pCO?Sa和pCO?Ar監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，計算該航次的海-氣CO?交換通量。該航次獲得的pCO?Sawater空間分布見圖C.1。圖C.12009年8月東海海表pCO?空間分布(數(shù)字代表網(wǎng)格編號)計算步驟如下。b)用公式(1)和公式(2)計算每個網(wǎng)格的平均pCO?Sa和pCO?Air,及標(biāo)準(zhǔn)偏差(同時計算SST、SSS的平均值)。c)計算每個網(wǎng)格的平均△pCO?。d)根據(jù)公式(1)和公式(2)計算每個網(wǎng)格的平均風(fēng)速和標(biāo)準(zhǔn)偏差；根據(jù)公式(1)和公式(3)計算航e)根據(jù)公式(9)計算C?。f)根據(jù)公式(8)計算每個網(wǎng)格的Sc;根據(jù)公式(7)計算每個網(wǎng)格的k。g)根據(jù)公式(5)計算每個網(wǎng)格的平均KC0?;根據(jù)公式(6)計算每個網(wǎng)格的平均表層海水密度。h)根據(jù)公式(4),用網(wǎng)格平均△pCO?、k、海水密度和KCO?計算每個網(wǎng)格平均FCO?。i)根據(jù)公式(10)由每個網(wǎng)格的δpCO?mm和δpCO?A計算δ△pCO?;根據(jù)公式(11)由每個網(wǎng)格j)根據(jù)公式(1)和公式(3)分別計算監(jiān)測區(qū)域的平均FCO?和標(biāo)準(zhǔn)偏差，計算結(jié)果見表C.1。由于采用航次平均風(fēng)速計算網(wǎng)格平均FCO?,因此表C.1中U??一欄填寫的是航次平均風(fēng)速，而非網(wǎng)格平均風(fēng)速。k)航次調(diào)查期間，調(diào)查區(qū)域FCO?平均值為一4.20mmol/(m2·d),標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.06mmol/1)航次期間調(diào)查區(qū)域是大氣CO?的匯，強度為4.20mmol/(m2·d)。各步計算示例見表C.1。表C.1東海2009年8月東海的FCO?計算結(jié)果示例一網(wǎng)格℃Pk 1234 一56789 注：“Mean”為平均值；“SD”為標(biāo)準(zhǔn)偏差；“—”為無數(shù)據(jù)。1989年5月第3期：27-31.8:347-359,1980.Menard(Editor),TheRoleofAir-SeaExchangeinGeochemicalCycling[4]WanninkhofR.,RelationshipbetweenwindspeeofGeophysicalResearch,97(C05):7373-7382,1992.[5]WanninkhofR.,McGillisW.R.,Acubicrelationshipbetweenaispeed.GeophysicalResearchLetters,26(13):1889-18[6]WanninkhofR.,DoneyS.C.,TakahashiT.,McGillis,W.,windsonregionalair-seaCO?fluxes,in:GasTransferatWaterphys.Monogr.Ser.,AmericanGeophysicalUnion,Washington,D.C.,127,doi:10.1029[7]HoD.T.,LawC.S.,SmithM.J.,SchlossergasexchangeathighwindspeedsintheSoutheGeophysicalResearchLetters,33(16):L16611,doi:10.1029/2006GL026817,2006.[8]SweeneyC.,GloorE.,JacobsonR.,C