Havsytan och CO 2 -utbytet Anna Rutgersson 1, Gaelle Parard 1, Sindu Parampil 1 Tiit Kutser 2, Melissa Chierici 3 1 Air-Water Exchange Platform, Uppsala University, anna.rutgersson@met.uu.se 2 Estonian Marine Institute 3 University of Gothenburg and IMR, Tromsø, Norway
Havens roll i den globala kolcykeln Haven tar upp cirka 30%av de antropogena utsläppen av koldioxid. Det är viktigt för: Koncentration av CO2 i atmosfären (ökade växthuseffekten). Havens försurning. Distribution av ökade upptaget av koldioxid av haven: Norra Atlanten stor sänka
Vad kontrollerar havens upptag av CO 2? F Löslighet (temperatur, salthalt), K 0 Atmosfärens CO 2 koncentration, CO 2atm Partial trycket av CO 2 i vattnet, pco 2w Effektiviteten av utbytet (vind hastighet, skiktning), k CO2 = kk0( pco2w pco2atm ) From In Situ observations: Takahashi et al (2002). Deep Sea Res II
Utmaning: Utveckla metoder för att använda fjärranalys för att studera havens roll i kolcykeln 1. Ytans partialtryck av CO 2 i vattnet, pco 2w 2. Effektivitet av utbytet (vind hastighet skiktning), k Havens upptag/utgasning
Olika regioner olika relationer Karibien: pco 2 bestämt med hjälp av SST (ytvattentemperatur) från AVHRR, MODIS, TMI Olsen et al, 2004
Olika regioner olika relationer Sub-arktiska Norra Atlanten: pco 2 uttrycks med modellerat blandningsdjup, MLD, klorofyll från fjärranalys (MODIS) samt SST (AVHRR), biologisk produktion/respiration viktig. Olsen et al, 2004, Chierici et al, 2009
Vi fokuserar på Östersjön Höga latituder: viktigt att ta hänsyn til biologisk produktion/respiration kan även använda CDOM (färgat löst organiskt kol) från SeaWIFS Del Vecchio et al (2009)
In-Situ mätningar från Östergarnsholmstationen Data för studier av utbyte hav-atmosfär interaktion sedan 1995. Representerar väl marina förhållanden.
Östergarnsholmstationen I luften: Vind, temperatur, turbulens på 3 nivåer, flöden av koldioxid och fukt, strålning, nederbörd I vattnet: Vågmätningar (FMI) SST, CO 2 Syre, salinitet, CDOM, klorophyll Vertikal temperaturprofil Fartygsmätningar
In-situ data pco 2 mätningar (SAMI sensor) och SST (4 m djup) från Östergarnsholm Juni 2005-Juli 2012 Stor variabilitet av SST och pco 2 : uppvällning (upwelling) Behöver valideringsdata
In situ data validering Hur kan vi validera pco 2 och SST mätningarna? pco 2 fartygsmätningar VOS Finnpartner: 2003-2006; VOS Finnmaid: 2007 2011 (Schneider ) (SOCAT och CDIAC) SMHI data (månadsdata) SST data från fartygsmätningar Fartygsmätningar Satellit data
Data validering: VOS och SMHI Fartygsmätningar VOS jämfört med SAMI data (CDIAC+SOCAT database) Jämförelse: - 0.2 runt SAMI sensorn (fyrkant) SMHI mätningar i Östersjön jämfört med SAMI data - pco 2 bestämt från (TA and ph)
In situ data validation : VOS Jämförelse pco 2 SAMI och pco 2 VOS Hög korrelation (0.98) och STD=9 μatm Skillnaden beror främst av situationer med upwelling stor effekt på SAMI data
In situ data validation : SMHI Jämförelse SAMI/SMHI station Liknande säsongsvariation, upwelling skiljer fångas ej av SAMI
Satellite data Satellit data SST, Klorofyll, (CDOM), vind kustområde - SST : Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH) processad data från AVHRR- NOAA. - Klorofyll : JRC MERSEA Ocean Colour Products : SeaWiFS: standard OC4-V4 algorithm, reprocessing 5.1 by the Goddard Space Flight Center (NASA) MODIS-AQUA : reprocessing 1.1 by the Goddard Space Flight Center (NASA)
Validering : SST satellit + bojdata SAMI sensor (4 m djup) Vågboj (1 m djup) 16
Validering SST : variabilitet - Dygnsmedel 2005 - Vågboj, satellit och SAMI - Bra korrelation (0.95) SST Good Bojar och satellit stämmer väl överens Problem med kraftig variabilitet: En storleksordning mindre i satellitdata
Klorofylldata : månadsmedel Månadsmedel, klorofyll. Stor variation mellan år: Biologisk aktivitet variabel Kan påverka CO 2 variation i Östersjön 18
Klorofyll, Östergarnsholm (satellit) Variation mellan åren: - Låg koncentration 2005, max i juli - Hög koncentration 2007, max i juni - 2008 skiljer sig från övriga år Använder medelmånadsmedlet 2005-2011 19
Relation mellan SST 0ch pco 2 Olika perioder definierade 3 relationer Termodynamisk effekt Upwelling Ingen relation med temperaturen
Upwelling events Första uppskattning: - För att komma runt problemet med upwelling: använder månadsmedel - 3 olika relationer: - DEC-MAR : termodynamisk effekt - APR-JUL: low slope - AUG-NOV: Strong slope 21
Linjär relation Algoritmer för pco 2 Relation mellan SST (R 2 =0.93) och Chl (R 2 =0.92) Säsongscykeln reproduceras 22
Linjär relation Multilinear regression : R 2 =0.87 För kraftig variation mellan maj och september 23
Linjär relation Förbättra med ytterligare parametrar? Ta med primär produktion, blandningsdjup, CDOM. Studera även mer högfrekvent variabilitet (upwelling).
Slutsats Går att ta fram kartor för flöden av CO 2 över Östersjön från satellit data: p CO 2 SST, klorofyll mm är nyckelparametrar. Östersjön problem (kustnära område, komplicerade processer) Östersjön fördel (relativ god tillgång till In-situ data) Vindprodukt?
Satellitdata för CO 2 flöden Parametrar 1. Vind hastighet 2. White-cap 3. SST 4. Blandningsdjup 5. värmeflöde Kartor av CO2 utbyte för Östersjön SST Klorofyll CDOM blandningsdjup pco 2w Additional parameters?