大気-海洋間における二酸化炭素交換速度の評価に関する研究

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海洋観測塔において二酸化炭素(CO_2)交換速度の現地観測を行い,風波気液界面における気体交換速度の評価手法について検討した.超音波風速計とOpen path型の非分散赤外線ガス分析計を用い,渦相関法から大気海洋間のCO_2フラックスを算定した.また,CO_2フラックスに対する潜熱および顕熱輸送に起因する密度変動の影響を評価するためにWPL補正も行った.海洋表層の溶存CO_2分圧測定には疎水性多孔質膜チューブから成る気液平衡器を用いた.最終的に,補正されたCO_2フラックスと溶存CO_2濃度差からCO_2交換速度を算定した.CO_2フラックスにおける潜熱および顕熱補正量の合計は渦相関量と同程度の大きさで,輸送の向きはほぼ反転していた.このことは海面CO_2フラックスにおいて空気の密度変動の寄与が大きいことを示している.さらに,波の位相速度と風速の比を指標として波浪場をうねりと風波に分類し,気体交換速度の波浪依存性について検討した.気体交換速度はうねりよりも風波が卓越する波浪場の方が相対的に大きくなり,また風波が卓越する波浪場においても,同じ風速に対して波齢が大きい程増大する傾向を示した.このような波浪依存性は,風波界面における交換速度の無次元評価式を構築する上で考慮すべき重要な点である.現地における溶存CO_2濃度の長期連続観測のために,中空繊維膜モジュールを用いた溶存CO_2分圧測定システムを新たに開発した.このモジュールは多数の中空繊維膜を有していることから高い気液平衡度が達成可能であり,また,表面が非多孔質状の中空繊維膜のため容易に浸水せず,気液平衡器として安定的に海水中に設置可能である.さらに,この計測システムは気液平衡器を直接海水中に設置できるため,バブル式やシャワー式の気液平衡器のように海水をポンプで揚水する必要はなく,消費電力も約10W程度となった.