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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.21.2015.tde-07102015-143819
Document
Author
Full name
Fabio Lekecinskas Augusto
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2015
Supervisor
Committee
Polito, Paulo Simionatto (President)
Campos, Edmo Jose Dias
Farias, Eduardo Guilherme Gentil de
Fernandes, Alexandre Macedo
Soares, Jacyra Ramos
Title in English
An improvement on the gas transfer velocity model with application to scatterometer data
Keywords in English
Air-sea gas exchange
Atmosphere-ocean interaction
Ocean acidification
Ocean Waves
Abstract in English
The increase of carbon dioxide in the atmosphere observed in recent decades is causing the acidification of the oceans besides the global warming. The amount of carbon dioxide that crosses the air-sea interface is not well known because this amount depends upon the partial pressure of carbon dioxide and the gas transfer velocity. The gas transfer velocity is a variable based on Fick's Law of Diffusion and is normally parametrized as a function of wind velocity at the height of 10 meters. However, the result of this parametrization have errors greater than 100%. Newer parametrization include the effects of temperature, friction velocity and the presence of surface waves. Based on the simplest model of air-sea gas transfer model, the stagnant film theory, this study developed a methodology to improve the knowledge of the relation between the gas transfer velocity and the mean square slope. This variable accounts for the mean curvature of the waves in the surface. The data used was gathered within the scope of the DOGEE project in 2007. In that, a drifting buoy measured several parameters relative to the waves and the gas transfer velocity. The results show that the mean square slope calculated with waves whose wavenumber is between 40 and 50 radians per meter has the lowest root mean square errors of the regression between the mean square slope and the gas transfer velocity. This result showed to be very consistent when applied to the QuikSCAT scatterometer data and compared to a recent published study.
Title in Portuguese
Uma melhora no modelo de transferência gasosa com aplicação a dados de escaterômetro
Keywords in Portuguese
Acidificação oceânica
Interação oceano-atmosfera
Ondas no oceano
Trocas gasosas na interface ar-mar
Abstract in Portuguese
O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera observado nas últimas décadas é responsável por alterações climáticas e ambientais em escala global. Uma das consequências desse aumento da concentração de gás carbônico é o aquecimento global. Outra consequência é a acidificação dos oceanos. Isto ocorre devido ao dióxido de carbono atravessar a interface ar-mar e se dissolver no oceano. A quantidade de dióxido de carbono que atravessa a interface ar-mar é um dado não conhecido com precisão devido a esta quantidade depender de uma constante conhecida por velocidade de transferência do gás carbônico. Esta velocidade de transferência é normalmente uma parametrização do transporte turbulento do gás na interface oceano-atmosfera. Como o dado mais comum para essa parametrização é o vento à altura de 10 metros, muitos estudos foram desenvolvidos utilizando esta variável. No entanto, os resultados destas parametrizações possuem erros da ordem de 100%. Este estudo desenvolveu uma metodologia para obter uma melhor estimativa da velocidade de transferência. Para isto, optou-se por relacionar esta variável à inclinação quadrática média (MSS) das ondas. Segundo a literatura científica recente, o MSS é uma variável mais relacionada à transferência gasosa do que o vento a 10 metros de altura. Os resultados mostram que a inclinação quadrática média calculado com números de onda entre 40 e 50 radianos por metro possuem o menor erro no ajuste linear com os dados de velocidade de transferência. Este resultado indica uma mudança da dinâmica da interface nesse intervalo de número de onda. Com isso, um novo ajuste linear entre o MSS e a velocidade de transferência é sugerido como parametrização. A aplicação desta nova parametrização a dados de satélite do tipo escaterômetro mostrou-se consistente quando comparado a um estudo recente relacionando a velocidade de transferência do gás carbônico diretamente a dados do satélite oceanográfico QuikSCAT.
 
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Publishing Date
2015-10-08
 
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