Teilvorhaben 4: Mikrophysikalisches Modell für Austauschprozesse an filmbelegten Oberflächen
Christoph Zülicke
Die durch die experimentellen und theoretischen Prozessstudien erarbeiteten Ergebnisse werden in einem mikrophysikalischen Modell zusammengeführt. Dazu werden die charakteristischen Zeitskalen für die Gasaustauschgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den durch organische Oberflächenfilme modifizierten Oberflächeneigenschaften in Form von effektiven Diffusionskoeffizienten erfasst. Dem liegt die Abhängigkeit der aerodynamischen Rauhigkeit und der Oberflächenerneuerung von der Oberflächenspannung und der Viskosität zugrunde. Es werden vereinfachte Formeln für die Abschätzung des Austauschgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Windgeschindigkeit, Partialdruckdifferenzen und Filmebedeckung abgeleitet, die einerseits in gekoppelten Ozean/Atmosphären-Modellen oder mit gemessenen Daten Anwendung finden können. Der Produktion und dem Abbau von Spurengasen im Oberflächenfilm wird durch entsprechende Quell-/Senkenterme Rechnung getragen.
Das mikrophysikalische Model ASIM (Air-Sea Interaction Model) beschreibt die gekoppelten Bilanzen von Turbulenz, Impuls und passiver Spurenstoffe (blaue Kästen). Der Transport geschieht diffusionsartig mit molekularen, turbulenten und wellenhaften Beiträgen. Für die Austauschgeschwindigkeit legen Skalierungsbeziehungen eine bestimmte Abhängigkeit von der Dissipationsrate in der viskosen Unterschicht (εv) nahe (lavendelfarbenes Kästchen). Es beinhaltet die kinematische Viskosität (ν) und die Schmidt-Zahl (Sc = ν / D). Der Parameter n ist 3 für eine glatte und 2 für eine rauhe Oberfläche, während k = 0.4 und λ = 11 mehr oder weniger konstant sind.