Air-sea gas exchange CO2 and O2 under climate change

• Main Author: Landschuetzer, Peter
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: 2010
• Subjects: Atmosphäre; Meer; Gasaustausch; Southern Ocean
• Online Access: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubg:1-20702

Der Gasaustausch zwischen der Atmosphäre und dem Ozean ist einer der wichtigstenProzesse die zur Reduktion der CO2 Konzentration in der Atmosphäre führt. Der Austausch ist abhängig von der Temperatur des Ozeans, der Löslichkeit von Gasen, dem Salzgehalt des Ozeans, der Windgeschwindigkeit und dem Konzentrationsunterschied zwischen Ozean und Atmosphäre. In dieser Arbeit werden zwei verschiedene Modelle, das HAMOCC2s und das MICOM-HAMOCC Modell verwendet, um die vom Wind angetriebenen Veränderungen im Gasaustausch und den Konzentrationen von CO2 und O2 im Ozean zu untersuchen. Ein schneller Gasaustausch ist der treibende Faktor in Bezug auf die Oberflächenverteilung der pCO2 und O2 Konzentrationen. In einem langsamen Gasaustauschszenario bestimmt die Oberflächentemperatur die CO2 Konzentration, während die biologische Produktion und Remineralisation die wichtigsten Elemente der O2 Verteilung darstellen. Des Weiteren in dieser Arbeit wird der Gasaustausch in diesem Modell Wind abhängig gemacht, unter Verwendung der NCEPNCAR 10 Meter u- und v- Wind Daten. Die Ergebnisse zeigen die regionalen Unterschiede in den Gasflüssen, sowie in den Oberflächenkonzentrationen für O2 und CO2. Die monatlich gemittelten MICOM-HAMOCC Daten sind besser geeignet, saisonale Variabilitäten bezüglich des Austausches von CO2 und O2 zu untersuchen. Die Vergleiche mit Beobachtungsdaten zeigen, dass das Modell die Verteilung der CO2 und O2 Konzentrationen gut wiedergibt. Die größten Unterschiede zu den Messdaten ergeben sich in der eisbedeckten Fläche im südlichen Ozean, den äquatorialen "upwelling" Bereichen und den CO2 Aufnahmegebieten in den höheren Breiten. In einer Reihe von Experimenten wird der Einfluss regional zunehmender Windgeschwindigkeiten auf den Gasaustausch und die Verteilung von CO2 und O2 untersucht. Die Ergebnisse zeigen, das stärkere Winde bezüglich der jährlichen Kohlendioxid Aufnahme des Ozeans nur eine geringfügige Rolle spielen. Gas exchange between the ocean and the atmosphere is one major factor affecting theocean interior and the uptake of greenhouse gases like CO2 from the atmosphere. Itdepends on the temperature determined gas solubilities, the salinity, the wind speedand concentration differences between the atmosphere and the ocean. In this worktwo different models, the HAMOCC2s - Hamburg Oceanic Carbon Cycle Model andthe MICOM-HAMOCC - Isopycnic Carbon Cycle Model, are used to investigate theimpacts of wind driven changes in the gas exchange. A fast gas exchange becomesthe driving factor concerning the surface distribution of the pCO2 and the dissolvedoxygen. In a slow gas exchange scenario the surface temperature assigns the surfacepCO2 concentration, while the biological production and remineralization become themajor elements affecting the O2 distribution. Further in this work, gas exchange ismade wind dependent using the NCEP-NCAR 10 meter u- and v-wind reanalysis datafrom December 2009 and July 2009. The results show the regional differences in thegas fluxes, as well as in the sea surface concentrations for O2 and CO2 according tothe wind dependency. Seasonal variations affecting the gas exchange cannot be resolved with the HAMOCC2s model. The monthly generated MICOM-HAMOCC output data are more suitable to investigate seasonal variabilities concerning the exchange of CO2 and O2. The comparison with observation data shows, that the model represents well the distribution of CO2 and O2, but that also discrepancies remain in the ice coveredarea in the Southern Ocean, the equatorial upwelling areas and the uptake regions inthe higher latitudes. A series of sensitivity runs investigates the effect of climate changerelated regional increasing wind speeds on the air-sea fluxes and the distribution of O2and CO2. The results show that stronger winds do not play an important role concerningthe annual carbon uptake from the atmosphere on the long run. Peter Landschützer Zsfassung in dt. Sprache Graz, Univ., Masterarb., 2010 (VLID)212872