Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines feldgängigen
Me\3instrumentes, welches erstmals eine Messung der
Transfergeschwindigkeit des Gasaustausches auf der freien
Meeresoberfläche mit einer zeitlichen Auflösung
von wenigen Minuten ermöglichte. Unter
Verwendung einer hochempfindlichen Infrarotkamera und eines
CO
-Infrarotlasers stand ein Me\3aufbau zur Verfügung, mit
dessen Hilfe die Transportprozesse an der freien
Meeresoberfläche durch verschiedenartige passive und aktive
Me\3verfahren untersucht werden konnten. Dieses Instrument wurde
im Rahmen einer internationalen Me\3kampagne an Bord des
Forschungsschiffes `New Horizon' entlang der kalifornischen
Küste im April/Mai 1995 eingesetzt. Zur quantitativen,
thermographischen Bestimmung der Wasseroberflächentemperatur
mit einer absoluten Genauigkeit von weniger als 0.1K und einer
relativen Genauigkeit von etwa 0.025K wurde eine neuartige
Kalibriereinrichtung entwickelt. Neben der Realisierung des
Me\3instrumentes wurden umfangreiche numerische Simulationen der Vorgänge
innerhalb der thermischen Grenzschicht durchgeführt. Es zeigte
sich, da\3 die gemessenen Abklingkurven einer lokalen
Erwärmung der Wasseroberfläche durch den Laser von der
numerischen Simulation vorhergesagt werden konnten.
Gleichzeitig lieferte die Simulation ein Kriterium für die
Stabilität der Auswertung der gemessenen Abklingkurven. Daraus
ergab sich, da\3 die Bestimmung der Transfergeschwindigkeit
aus diesen Messungen auf dem Ozean nicht für alle
Me\3bedingungen möglich ist. Dies liefert wichtige
Anforderungen an die Entwicklung zukünftiger Me\3instrumente.
Ausgehend von einer statistischen Analyse der
Temperaturverteilung auf der Meeresoberfläche wurden zwei
weitere, von der Auswertung der Laser-Abklingkurven
unabhängige Verfahren, zur Bestimmung der
Transfergeschwindigkeit entwickelt. Damit konnten die Ergebnisse
der Messungen gegenseitig verifiziert werden. Es zeigte sich,
da\3 alle Methoden in sich konsistente Werte der
Gastransfergeschwindigkeit lieferten. Zusätzliche Messungen im
Windkanal der Delft Hydraulics, Niederlande, lieferten
eine gute Übereinstimmung der Resultate der Labor- und
Ozeanmessungen. Ein weiteres, wichtiges Resultat war die
Tatsache, da\3 sich die Ergebnisse der Messungen mit einem
einfachen Oberflächenerneuerungsmodell überraschend gut
simulieren lassen. Unter Verwendung dieses Modelles konnte die
Statistik der Erneuerungseffekte aus den Me\3daten ermittelt
werden.