2022海-气二氧化碳交换通量监测与评估技术规程第4部分：基于分压差的通量评估

PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII海-气二氧化碳交换通量监测与评估技术规程第4部分：基于分压差的通量评估目 次前 言 III引 言 范围 1规性用件 1术和义 1总则 2算程 2均和准差算 2网化海气氧碳换通量 3水氧碳压 3监区网化 3网平二化压和准差 3气氧碳压 3海气氧碳换量 3海气二氧碳换量平值 3海气二氧碳换量标偏差 5非格海气二化交换量 5水氧碳压 5气氧碳压 5海气氧碳换量 6监区源评估 6附录A（料）海-交换率转系数 7附录B资性）偏差递式 10附录C资性）化海气二化交通计算例 12参考献 14IVIV——1——2——3——第4部分：基于分压差的通量评估；——第5部分：卫星监测；——第6部分：二氧化碳分压测定非色散红外法；——第7部分：现场监测二氧化碳分压数据处理。PAGEPAGE104于分压差的通量评估范围本文件规定了基于海-气二氧化碳分压差，计算海-气二氧化碳交换通量及其平均值和标准偏差的方法。本文件适用于不同季节、多年平均的海-气二氧化碳交换通量的源汇格局及其时空变异的评估。（包）HY/TXXXXX.7-XXXX7下列术语和定义适用于本文件。3.1大气二氧化碳分压partialpressureofCO2inatmosphere一定温度下，CO2气体单独存在且占有与大气相同体积时的压力。3.2海水二氧化碳分压partialpressureofCO2inseawater一定温度和盐度下，海水与空气的CO2分压达到平衡时空气的CO2分压。3.3海-气二氧化碳交换通量air-seaCO2flux单位时间单位面积上海水与大气CO2的净交换量。2（O2的源2（海洋是2的汇2平衡。3.4海-气界面的气体传输速率或交换速率gastransfervelocity;Pistoncoefficient气体以分子扩散的形式通过海-气界面的速率。3.5二氧化碳的溶解度系数solubilitycoefficientofCO2一定压力下，每千克海水中能溶解CO2的摩尔数。总则网格化平均风速Air网格季节平均FCO2网格年平均FCO2监测区域年平均FCO2网格平均FCO2网格平均SeawaterpCO2瞬时SeawaterpCO2瞬时风速网格化平均风速Air网格季节平均FCO2网格年平均FCO2监测区域年平均FCO2网格平均FCO2网格平均SeawaterpCO2瞬时SeawaterpCO2瞬时风速Air监测区域季节平均FCO2监测区域年平均FCO2航次平均FCO2瞬时FCO2瞬时SeawaterpCO2a）网格化FCO2计算方法 b）非格化FCO2计算方法注：2 pCOSeawater——海水CO2 2 pCOAir——大气CO2 图1海-气CO2交换通量计算流程按照公式（1）计算平均值。对于网格化计算，按照公式（2）公式（2）（3）平均值计算公式：式中：i— iXi—第i个样本的数值；N—样本数。

𝑁∑=𝑖=1∑𝑁

𝑋𝑖

…（1）𝑋̅的单位同Xi的单位，即要计算算数平均值的参数的单位。标准偏差计算公式：

𝑠=√

∑𝑁

(𝑋

−̅)2

…（2）式中：

𝑁−1

𝑖=1 𝑖s—（（；N—样本数；i — iXi—第i个样本的数值；s和𝑋̅的单位同Xi的单位，即要计算标准偏差的参数的单位。标准偏差平均值的计算公式：

=√1∑𝑁

𝑠2

…（3）式中：— N—样本数；ii

𝑁𝑖=1s— （）。和s的单位同Xi的单位，即要计算标准偏差平均值的参数的单位。0.25º0.25º0.5º0.5º1º1º50%1º1º50%1º1º的网格。2（1O2（Oeawater）22 计算网格平均pCOSeawater，按照公式（2）计算每个网格pCOSeawater2 22（O2（CO，（2）pCOAir22222 若监测数据不能满足每个非空白网格都有pCOAir，则计算该航次所有仪器校正大气C2（OCoCOCoYTXX.7XX7pCOAir222 22 xCOxCOCorrHY/TXXXXX.7-XXXX7pCOAir22 海海对每个航次，网格平均海-气CO2交换通量（FCO2）用公式（4）计算：𝑘𝐶𝑖×24×𝐾CO2×𝜌×∆𝑝CO2𝐹CO2=

𝐻

… （4）式中：k—海（h1；Ci—平均风速补偿系数；H KCO2—O（ola1H —（kg3；2 pO2—海气O2（pO2=OeawaterpCOP2 HKCO2按公式（5）计算：H23.15(CO2)=−..× 100 .×( )×(23.15) (.−.×(23.15).×(23.15)2) ………………（5）式中：

100

1002SST—表层海水温度（90温标），单位为摄氏度（oC）；SSS—表层海水盐度（1978实用盐度标度）。按公式（6）计算：=999.842594+0.06793952×SST-9.09529×10-3×SST2+1.001685×10-4×SST3-1.120083×10-6×SST4+6.536336×10-9×SST5+(0.824493-0.0040899×SST+7.6438×10-5×SST2-8.2467×10-7×SST3+5.3875×10-9×SST4)×SSS+（-0.00572466+1.0227×10-4×SST-1.6546×10-6×SST2）×SSS1.5+4.8314×10-4×SSS2 （6）式中：SST—表层海水温度（90温标），单位为摄氏度（oC）；SSS—表层海水盐度（1978实用盐度标度）。用航次平均U10根据公式（7）计算k：10k=0.266×U2×(Sc/600)-0.5 （7）10式中：U10—0（1；Sc—水中溶解气体的施密特数。Sc按公式（8）计算：Sc=2073.1−125.62×SST+3.6276×SST2−0.043219×SST3 （8）式中：SST—表层海水温度（90温标），单位为摄氏度（oC）。公式（7）中k与U10是平方关系，因此公式（4）中的Ci为C2，用公式（9）计算：=(2)=式中：j—第j个瞬时风速数据；

2 ()2

……（9）Uj—第j个瞬时风速的大小，单位为米每秒（m·s-1）；jmean(U2) —第j1)2）；jmeanUmean—航次平均U10，单位为米每秒（m·s-1）。评估河口等海域的海-气CO2交换通量时可选择采用其他k-U10关系式，详见附录A。如果无船测风速，可用卫星遥感风速计算。如果测定风速不是U10，可根据附录A转换成U10。（1）FCO2FCO2；FCO2FCO2。计算监测区域内所有网格年平均FCO2的平均值作为调查区域的年平均FCO2。5.3.2海-气二氧化碳交换通量标准偏差2 2 2 10 FO2（O）由COeawater（COeawate、Or偏差（pCOAir）U（U2 2 2 10 2 2 根据公式（10）用pCOSeawater和pCOAir计算pCO的标准偏差：2 2 ∆CO2=√(CO)2(CO)2 （10）2 2式中：pCO2—pCO2的标准偏差，单位为微大气压（atm）；2 pCOSeawater—海水pCO的标准偏差，单位为微大气压（atm2 2 pCOAir—大气pCO的标准偏差，单位为微大气压（atm）。根据公式（11）用pCO2和U10计算FCO2：2 𝐹CO=|𝐹CO|×√(2×1)2(∆𝑝CO2)2 （11）式中：

2 2 1

∆𝑝CO2FCO2—FCO2的标准偏差，单位为毫摩尔每平方米每天（mmol·m-2·d-1）；|𝐹CO2|—FCO2（mmol·m-2·d-1）；U—0（m1；U—U的标准偏差，单位为米每秒（m·s-1）；pCO2—海气CO2分压差，单位为微大气压（atm）；pCO2—pCO2的标准偏差，单位为微大气压（atm）。对每个航次，根据公式（2）计算U10的网格标准偏差，根据（3）计算U10的航次标准偏差（U10）。kU10kU10的非平方关系，需选择附录B（3（2采用每个航次每个监测点的瞬时pCOSeawater。2计算航次同区域所有大气xCO2Corr的平均值作为每个监测点的大气xCO2Corr，根据2《HY/TXXXX第7部分：现场监测二氧化碳分压数据处理》的方法计算pCOAir。222 xCOxCOCorrHY/TXXXX7pCOAir22 海（12）FCO2：

𝑘×24×𝐾CO2××𝑝𝐶𝐹CO= 2

…（12）式中：Ins—瞬时；

2 1.01325×104k—海-气界面气体传输速率，用瞬时风速按照公式（7）计算，单位为厘米每小时h1；H KCO2—O（olka1H （5）计算；—（k36pO2—海气O2P。（1）FCO2FCO2（1）（3）FCO2FCO2CO2FCO2FCO2CO2FCO2FCO20CO2FCO2CO2FCO2FCO2CO2FCO2FCO2CO2网格化海-气CO2通量计算和CO2源汇评估示例见附录C。附录A（资料性）海10米高度风速的关系根据海10kA.1表A.1k与U10的关系序号公式适用风速12k600=0.266×U10不限制22k660=0.27×U10不限制32k660=0.24×U10不限制42k660=0.251×U10不限制5k600=0.17×U10U10<3.6ms-163k660=0.0283×U10不限制7k600=2.85×U10-9.653.6<U10<13ms-18k600=5.9×U10-49.3U10>13ms-1按公式（A.1）和（A.2）计算k：k=k600×(Sc/600)-0.5 （A.1）k=Sc/660)-0.5 （A.2）式中：k600—施密特数Sc为600时的交换速率，单位为厘米每小时（cmh-1）；k660—施密特数Sc为660时的交换速率，单位为厘米每小时（cmh-1）；Sc—监测条件下的施密特数，按公式（8）计算。10如果船载监测的风速不是10米高度风速，则根据公式（A.3）计算U10：U10=UZKZ （A.3）式中：Z—测风高度，单位为米（m）；UZ—在海平面以上Z米测得的风速，单位为米每秒（ms-1）；KZ—风速的高度转换系数。KZ随高度而变，具体数值见表A.2。表A.2不同高度的风速转换系数KZZ（m）KZUZ>7ms-1UZ<7ms-11.01.601.371.51.451.292.01.361.232.51.291.203.01.241.173.51.211.144.01.181.124.51.151.105.01.131.095.51.111.076.01.091.066.51.081.057.01.061.047.51.061.038.01.041.038.51.031.029.01.021.019.51.011.0110.01.001.0010.50.990.9911.00.980.9911.50.980.9812.00.970.9812.50.960.9713.00.960.9713.50.950.9614.00.950.9614.50.940.9515.00.940.9515.50.930.9516.00.930.9516.50.920.9517.00.920.9417.50.920.9418.00.910.9418.50.910.9419.00.910.9319.50.900.9220.00.900.91平均风速补偿系数用公式（4）计算FCO2时，如果采用k与U10的立方关系，则平均风速补偿系数Ci为C3，用公式（A.4）计算：式中：j—第j个瞬时风速数据；

) 3 3()

……（A.4）Uj—第j个瞬时风速的大小，单位为米每秒（m·s-1）；jmean(U3) —第j1)3）；jmeanUmean—航次平均U10，单位为米每秒（m·s-1）。如果采用k与U10的线性关系，则Ci为1。附录B（）平均FCO2的标准偏差由pCO2和U10计算。A5（B.1）计算：

𝐹CO=⌊𝐹CO⌋×√(1)2(∆𝑝CO2)2 (B.1)式中：

2 2 1

𝑝CO2FCO2—FCO2的标准偏差，单位为毫摩尔每平方米每天（mmol·m-2·d-1）；|𝐹CO2|—FCO2（mmol·m-2·d-1）；U—0（m1；U—U的标准偏差，单位为米每秒（m·s-1）；pCO2—海气CO2分压差，单位为微大气压（atm）；pCO2—pCO2的标准偏差，单位为微大气压（atm）。A6（B.2）计算：𝐹CO=⌊𝐹CO⌋×√(3×1)2(∆𝑝CO2)2 (B.2)2 2式中：

1

𝑝CO2FCO2—FCO2的标准偏差，单位为毫摩尔每平方米每天（mmol·m-2·d-1）；|𝐹CO2|—FCO2（mmol·m-2·d-1）；U—0（m1；U—U的标准偏差，单位为米每秒（m·s-1）；pCO2—海气CO2分压差，单位为微大气压（atm）；pCO2—pCO2的标准偏差，单位为微大气压（atm）。A7（B.3）和（B.4）

=⌊𝐹CO⌋×√(2.5×1)2(∆𝑝CO2)2 (B.3)2式中：

2 2.5×1−.

𝑝CO2FCO2—FCO2的标准偏差，单位为毫摩尔每平方米每天（mmol·m-2·d-1）；|𝐹CO2|—FCO2（mmol·m-2·d-1）；U—0（m1；U—U的标准偏差，单位为米每秒（m·s-1）；pCO2—海气CO2分压差，单位为微大气压（atm）；pCO2—pCO2的标准偏差，单位为微大气压（atm）。

=⌊𝐹CO⌋×√(5.1)2(∆𝑝CO2)2 (B.4)2式中：

2 5.1−4

𝑝CO2FCO2—FCO2的标准偏差，单位为毫摩尔每平方米每天（mmol·m-2·d-1）；|𝐹CO2|—FCO2（mmol·m-2·d-1）；U—0（m1；U—U的标准偏差，单位为米每秒（m·s-1）；pCO2—海气CO2分压差，单位为微大气压（atm）；pCO2—pCO2的标准偏差，单位为微大气压（atm）。附录C（资料性）网格化海-气二氧化碳交换通量计算实例22 2 以东海2009年8月的pCOSeawater和pCOAir监测数据为例计，计算该航次的海-气CO交换通量。该航次获得的海水pCOSeawater空间分布见图C.122 2 pCOpCOSeawater2（Pa）18to2626to3131to3636to3838to4040to4242to4444to50201918171615141312111098765432133纬度（o纬度（oN）31302928120 121 122 123 124 125 126 127 128经度（oE）图C.12009年8月东海海表pCO2空间分布（数字代表网格编号）计算步骤如下：1o1opCO2Seawater和pCO2Air（同SST、SSS）。。（1）（2）（1）和（3）计算航次平均风速（Umean）和标准偏差（U10）。（9）计算C2。（8）Sc（7）。（5）KHCO2（6）pCO2kKHCO2FCO2。pCO2Seawater和pCO2Air计算（11）pCO2U10计算FCO2。（1）和（3）FCO2FCO2C.1U10FO24.20ol-2d13.06ol2.d1。l）CO24.20mmol·m-2·d-1。各步计算示例见表C.1。1313表C.12009年FCO2网格编号SSSSST(oC)SeawaterpCO2(Pa)AirpCO2(Pa)pCO2(Pa)(kg·m-3)KHCO2(mol·(kg·atm)-1)U10(m·s-1)C2kScFCO2(mmol·m-2·d-1)MeanSDMeanSDMeanSDMeanSDMeanSD--MeanSDMeanSD131.870.3525.760.2841.50.137.10.14.40.21020.70.02834.991.201.147.57505.72.591.25229.750.2328.300.1528.70.336.70.3-8.00.51018.40.02694.991.201.148.08443.8-4.782.3134528.291.4926.620.3632.80.337.00.3-4.10.41017.80.02824.991.201.147.73484.4-2.491.22627.123.6126.651.3126.81.136.71.0-9.91.51016.90.02844.991.201.147.74483.6-5.943.00730.841.1026.890.6428.20.436.90.4-8.70.61019.60.02774.991.201.147.78477.8-5.152.50830.510.3328.010.2430.30.236.80.2-6.50.31019.00.02704.991.201.148.01450.8-3.871.87928.501