Gas Transfer at Water Surfaces

Copyright
......Page 3
DEDICATION......Page 11
PREFACE......Page 9
CONTENTS......Page 5
PHYSICAL BACKGROUND......Page 12
Mixing Length Models......Page 13
Diffusion Coefficient......Page 14
Natural and Deliberate Tracers......Page 15
Eddy Correlation Method......Page 16
Profile Method......Page 17
Global CO2......Page 18
Pollutant Transfer......Page 19
REFERENCES......Page 20
1. INTRODUCTION......Page 22
2. EXPERIMENTAL SETUP AND PROCEDURES......Page 23
3. RESULTS AND DISCUSSION......Page 24
4. CONCLUSIONS......Page 26
REFERENCES......Page 27
1. INTRODUCTION......Page 28
3. EXPERIMENTAL CONDITIONS......Page 29
5. RESULTS......Page 30
6. CONCLUSIONS......Page 31
REFERENCES......Page 32
1. INTRODUCTION......Page 34
2.3. IR and Wave Slope Imagery and the CFT......Page 35
3.1. Infrared and Wave Slope Imagery......Page 36
3.3. Enhanced Transfer Due to Microbreaking......Page 37
3.4. Microbreaking and Wave Slope......Page 38
4. DISCUSSION......Page 39
REFERENCES......Page 40
1. INTRODUCTION......Page 41
2. EXPERIMENTAL PROCEDURE......Page 42
3.1. Statistics of the Breaking Wave Crest Characteristics......Page 43
3.2. Intrinsic Relationship Between the Breaking Wave Field Characteristics......Page 45
REFERENCES......Page 46
1.1. Motivation......Page 48
2.1. LADAS Catamaran......Page 49
2.6. Controlled Flux Technique......Page 50
3. RESULTS......Page 51
5. CONCLUSIONS......Page 52
REFERENCES......Page 53
1. INTRODUCTION......Page 54
3. SURFACE WAVES AND SURFACE FILMS......Page 55
4. SURFACE WAVES AND GAS TRANSFER VELOCITY......Page 57
REFERENCES......Page 58
1. INTRODUCTION......Page 59
3.1. Gas Transfer Velocities in the Field andLaboratory......Page 60
4. CONCLUSIONS......Page 61
REFERENCES......Page 64
1. INTRODUCTION......Page 66
2. OPTICALLY-DEDUCED SEA SURFACE SLOPE DISTRIBUTIONS......Page 67
3. MODELING NON-GAUSSIAN SEA SURFACE SLOPES......Page 68
4. CONCLUSION......Page 69
REFERENCES......Page 70
1. INTRODUCTION......Page 71
2.2. Directional Distribution......Page 72
3. DISCUSSIONS......Page 73
4. SUMMARY......Page 74
REFERENCES......Page 75
1. INTRODUCTION......Page 77
2. NUMERICAL SIMULATION......Page 78
3. RESULTS AND DISCUSSION......Page 79
REFERENCES......Page 81
1. INTRODUCTION......Page 82
2. GOVERNING EQUATIONS......Page 83
4. RESULTS AND DISCUSSIONS......Page 84
5. CONCLUSIONS......Page 86
REFERENCES......Page 87
INTRODUCTION......Page 88
LIF TECHNIQUE AND EXPERIMENTS......Page 89
IMAGE PROCESSING AND ANALYSIS......Page 90
RESULTS......Page 91
REFERENCES......Page 93
2.1 Visualization of pH with Fluorescence......Page 94
2.2 Wind-Wave Tank......Page 95
3.3 Vertical Plane Perpendicular to the Wind Direction Case-3......Page 96
4. CONCLUSION......Page 97
REFERENCES......Page 100
1. INTRODUCTION......Page 101
3. DECOMPOSITION OF ORBITAL VELOCITY FROMTHE TOTAL VELOCITY MEASURED......Page 102
5.1. Vertical Profiles of Drift Current Below the Water Surface......Page 103
6. THE MEAN VERTICAL PROFILE OF THE DRIFTCURRENT......Page 104
7. CONCLUSIONS......Page 105
REFERENCES......Page 106
1. INTRODUCTION......Page 107
3.2. Statistical Analysis of the SST......Page 108
3.3. Heat Flux from IR Image Sequences......Page 109
3.5. Active Thermography CFT......Page 110
4.4. Example: Exponential Temperature Decay......Page 111
REFERENCES......Page 112
1. INTRODUCTION......Page 113
2.1. The Brightness Model......Page 114
4. DETERMINATION OF THE HEAT FLUX......Page 115
4.2. The PDF Method......Page 116
5.2. Heat Flux Measurements......Page 117
REFERENCES......Page 118
2. EXPERIMENT AND PROCEDURES......Page 119
3. EXPERIMENTAL RESULTS......Page 120
4. CONCLUSION......Page 123
REFERENCES......Page 124
1.1. Adverse Currents and Blocking: An Overview......Page 125
3. ANALYSIS......Page 126
REFERENCES......Page 131
1. INTRODUCTION......Page 133
2.2. Free-Surface Particle Image Velocimetry......Page 134
3.2. Surface Dynamics and Air-Water Gas Transfer......Page 135
4. CONCLUSION......Page 137
REFERENCES......Page 138
INTRODUCTION......Page 139
Comparisons of Diurnal Cycles of u* and w*......Page 140
SUMMARY......Page 141
REFERENCES......Page 142
1. INTRODUCTION......Page 144
2. INTERFACIAL COMPONENT......Page 145
4. MODELING THE AIR-SEA GAS EXCHANGE INGASEX-98......Page 146
5. REMOTE SENSING COMPONENT......Page 147
REFERENCES......Page 149
1.INTRODUCTION......Page 150
2. THE THICKNESS OF THE NEAR-SURFACE LAYER5 W AND ITS TEMPERATURE GRADIENT Tw......Page 151
3. GAS EXCHANGE THROUGH THE NEAR-WATER BOUNDARY LAYER OF THE WATER BODY ANDHYDROBIOLOGICAL APPLICATIONS......Page 152
CONCLUSIONS......Page 153
REFERENCES......Page 154
1. INTRODUCTION......Page 155
4.1. Large-Scale Variability......Page 156
4.2. Small-Scale Variability......Page 159
REFERENCES......Page 160
INTRODUCTION......Page 162
THEORETICAL BASIS......Page 163
Sea Surface Emissivity......Page 165
Skin Layer Depth......Page 166
REFERENCES......Page 167
An Autonomous Profiler for Near Surface Temperature Measurements......Page 168
1. INTRODUCTION......Page 174
2. RESULTS AND INTERPRETATIONS......Page 176
3. DISCUSSION......Page 177
REFERENCES......Page 180
1. INTRODUCTION......Page 182
2. OBSERVATIONS......Page 183
3.2 Equations......Page 184
5. CONCLUSIONS......Page 185
REFERENCES......Page 186
DESCRIPTION OF THE EXPERIMENT......Page 187
BACKGROUND CHARACTERISTICS......Page 188
MODULATIONS OF WAVE BREAKINGBY LONG SURFACE WAVES......Page 189
CONCLUSIONS......Page 191
REFERENCES......Page 192
PLACING RECENT RESULTS IN CONTEXT......Page 193
CONFLUENCE......Page 194
CONCLUSIONS......Page 195
REFERENCES......Page 196
1. INTRODUCTION......Page 198
2. METHODS......Page 199
3. RESULTS......Page 200
4. CONCLUSIONS......Page 201
REFERENCES......Page 202
1.1. Mixing, Surface Kinetics and Deformation......Page 203
2.1. Kinetics of Molecules in the Surface......Page 204
2.2. Air-Water Exchange Including Interfacial Resistance......Page 205
3.2. Bubbles and Droplets......Page 206
4.2. Laboratory Experiments......Page 207
5.2. Discussion......Page 208
REFERENCES......Page 209
1. INTRODUCTION......Page 210
2.1. Video......Page 211
2.2. Radar......Page 212
3. RESULTS AND DISCUSSION......Page 213
4. CONCLUSIONS......Page 214
REFERENCES......Page 215
BACKGROUND AND OBJECTIVES......Page 216
THE PROJECT......Page 217
RESULTS......Page 218
REFERENCES......Page 220
INTRODUCTION......Page 221
METHODS......Page 222
RESULTS AND DISCUSSION......Page 223
CONCLUDING REMARKS......Page 225
REFERENCES......Page 226
EXPERIMENTAL DESIGN......Page 228
3He TRANSFER VELOCITY VERSUS WIND SPEED......Page 229
DISCUSSION......Page 230
Literature Data Dispersion......Page 231
REFERENCES......Page 232
DETERMINATION OF GAS EXCHANGE COEFFICIENT FROM A THREE-DIMENSIONALTRACER CLOUD......Page 234
DATA ANALYSIS TECHNIQUE......Page 235
NUMERICAL TRACER EXPERIMENTS......Page 236
COMPARISON OF MEASUREMENT TECFINIQUES......Page 238
CONCLUSIONS......Page 239
REFERENCES......Page 240
INTRODUCTION......Page 241
Particle Image Velocimetry System......Page 242
Qualitative Flow Field Characterization......Page 243
Spectral Analysis......Page 245
REFERENCES......Page 246
2. EXPERIMENTAL PROCEDURE......Page 248
3. RESULTS PRESENTATION AND DISCUSSION......Page 249
CONCLUSION......Page 251
REFERENCES......Page 252
2. FIELD DATA AND THEIR PROCESSING......Page 253
4. GAS TRANSFER BY BUBBLE POPULATION......Page 254
6. CONCLUSIONS......Page 255
REFERENCES......Page 256
1. INTRODUCTION......Page 257
2.1. Experimental Method......Page 258
3. THE EFFECT OF BUBBLE AREA ON AIR WATEROXYGEN TRANSFER IN THE BREAKER ZONE......Page 259
4. CONCLUSIONS......Page 261
REFERENCES......Page 262
1. INTRODUCTION......Page 263
2. BUBBLE MEASUREMENTS......Page 264
3.1 North Atlantic Data......Page 265
3.2 North Sea Data......Page 267
REFERENCES......Page 268
INTRODUCTION......Page 270
GAS FLUX MODELING......Page 271
CONCLUSIONS......Page 274
REFERENCES......Page 275
1. INTRODUCTION......Page 276
2.1. Experiments......Page 277
2.2 Experimental Results and Discussion......Page 278
3.1 Direct Numerical Simulation DNS......Page 279
4. CONTRIBUTION OF BUBBLES TO MASS TRANSFER VELOCITY......Page 280
REFERENCES......Page 281
2. METHODOLOGY......Page 282
3.3 Gas Exchange......Page 283
REFERENCES......Page 285
1. INTRODUCTION......Page 286
2. EXPERIMENTS......Page 287
3.1 Aeration Devices......Page 288
3.2 Breaking Waves......Page 289
REFERENCES......Page 291
2. EXPERIMENTAL SET-UP......Page 293
4.1. Bubble Plume Life Cycle......Page 294
4.3. Minor Bubble Plumes......Page 295
4.4. Major Bubble Plumes......Page 296
6. DISCUSSION AND CONCLUSIONS......Page 297
REFERENCES......Page 298
2.1. A Single Bubble Generation......Page 300
3. RESULTS AND DISCUSSION......Page 301
REFERENCES......Page 302
2. EXPERIMENTAL SET-UP AND PROCEDURE......Page 303
3.2. Temperature Dependence of VB......Page 304
4. DISCUSSION......Page 305
6. CONCLUSIONS......Page 307
REFERENCES......Page 308
1. INTRODUCTION......Page 309
2. TECHNICAL APPROACH......Page 310
4. CONCLUSIONS......Page 311
REFERENCES......Page 312
1. INTRODUCTION......Page 313
2. ALGORITHM......Page 314
3.1. A Six Year Time Series......Page 315
4. DISCUSSION......Page 317
REFERENCES......Page 318
1. INTRODUCTION......Page 320
3. MODEL CALCULATIONS......Page 321
6. GLOBAL OCEAN TO ATMOSPHERE ISOPRENE FLUX......Page 322
REFERENCES......Page 327
1. INTRODUCTION......Page 329
2.1 Satellite Wind Observations......Page 330
2.2 Objective Method......Page 332
3. SATELLITE/BUOY AVERAGED WIND COMPARISONS......Page 333
CONCLUSIONS......Page 334
REFERENCES......Page 335
1. INTRODUCTION......Page 336
2. METHODS......Page 337
3.1 Effects on Global Transfer Velocities and CO2 Fluxes......Page 338
4. RECOMMENDATION......Page 339
REFERENCES......Page 341
2.1. Conventional Method......Page 342
2.2. Dynamic Method......Page 343
4. EXPERIMENTAL RESULTS......Page 344
5. CONCLUSIONS......Page 345
REFERENCES......Page 346
2.1 Fundamentals of Gas Transfer at Air- Water Interfaces......Page 347
2.2 Gas Transfer of Bubbles......Page 348
4.1 Physico-Chemical Conditions......Page 349
4.2 Hydrodynamic Conditions......Page 351
5. CONCLUSIONS......Page 352
REFERENCES......Page 353
Small Eddy Model......Page 354
Turbulence Over Gravel Beds......Page 355
EXPERIMENTAL RESULTS AND DISCUSSION......Page 356
CONCLUSIONS......Page 357
REFERENCES......Page 358
1. INTRODUCTION......Page 359
Schneideberg Wave Flume......Page 360
Determination of the Oxygen Transfer Coefficient KL......Page 361
Comparison to Vorticity Model......Page 362
A Modified Vorticity Based Renewal Model for the Prediction of Transfer Coefficients Under Breaking Waves......Page 363
REFERENCES......Page 364