Deuterium excess in marine water vapor: Dependency on relative humidity and surface wind speed during evaporation

• Published in: Journal of Geophysical Research: Atmospheres
• Main Authors: Benetti, Marion, Reverdin, Gilles, Pierre, Catherine, Merlivat, Liliane, Risi, Camille, Steen-Larsen, Hans Christian, Vimeux, Françoise
• Other Authors: Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Glaces et Continents, Climats et Isotopes Stables (GLACCIOS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2014
• Subjects: wind speed; evaporation; Deuterium excess; surface roughness; [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean; Atmosphere; North Atlantic
• Online Access: https://hal.science/hal-00979248; https://hal.science/hal-00979248/document; https://hal.science/hal-00979248/file/2013JD020535.pdf; https://doi.org/10.1002/2013JD020535

International audience We provide the first continuous measurements of isotopic composition (δD and δ 18 O) of water vapor over the subtropical Eastern North Atlantic Ocean from mid-August to mid-September 2012. The ship was located mostly around 26°N, 35°W where evaporation exceeded by far precipitation and water vapor at 20 m largely originated from surface evaporation. The only large deviations from that occurred during a 2 day period in the vicinity of a weak low-pressure system. The continuous measurements were used to investigate deuterium excess (d-excess) relation to evaporation. During 25 days d-excess was negatively correlated with relative humidity (r2 = 0.89). Moreover, d-excess estimated in an evaporative model with a closure assumption reproduced most of the observed variability. From these observations, the d-excess parameter seems to be a good indicator of evaporative conditions. We also conclude that in this region, d-excess into the marine boundary layer is less affected by mixing with the free troposphere than the isotopic composition. From our data, the transition from smooth to rough regime at the ocean surface is associated with a d-excess decrease of 5‰, which suggests the importance of the ocean surface roughness in controlling d-excess in this region.