工业革命以来，大气中CO₂含量的持续增加所引发的温室效应导致的全球变暖成为目前科学和社会的热点问题，准确的描述大气中CO₂的循环特征对研究气候演变至关重要。海洋作为大气中CO₂的一个汇，准确估算海气CO₂通量将为气候模型预报提供有力的支持。目前对海气CO₂通量的计算主要通过以气体交换速率和海气CO₂分压为主要参量的块体积公式。气体交换速率的不确定性被认为是影响海气CO₂通量计算准确度的主要因素。气体交换速率多通过海表10-m风速的单参数模型进行估算，然而，目前已提出的风速模型存在一定的分歧，特别是在中高风速海浪破碎占优时，不同模型给出的结果差异较大；本文从控制气体交换的海表湍流强度入手，研究了海浪破碎与气体交换速率的关系。湍动能耗散率是描述湍流强度的基本参量，本文从能量角度结合量纲分析，给出了海表湍动能耗散率关于风浪能量耗散率和海表破碎混合层深度的关系，通过风浪谱和Phillips耗散模型计算了风浪能量耗散率，给出其与10-m风速，摩擦速度和风海雷诺数的关系，发现风浪能量耗散率与风海雷诺数的相关性更好，两者近似呈线性关系；另外在南海北部沿岸海洋平台对上层海水湍动能耗散率进行了直接观测，研究发现，湍动能耗散率较经典的“固壁边界层”结果明显偏大，在海表附近大1²个量级，而在垂向上满足Terray et al.（1996）提出的“破碎加强层”的深度变化关系，湍动能耗散率随深度z的-2次方指数衰减。给定海表破碎混合层深度，分别通过风浪能量耗散率和湍流垂向分布关系研究了海表湍流特征，两者给出的结果基本一致，海表湍动能耗散率与摩擦速度呈线性关系。基于小涡模型，结合前文给出的海浪破碎条件下的海表湍流特征关系，本文提出了一个新的气体交换速率的模型，模型可以表示为以摩擦速度和风浪参量（有效波高、波龄）为控制参量的关系，在同一风速下，风浪成长越充分，模型得到的气体交换速率越大；利用观测数据对该模型进行了验证，发现较McGill etal.（2001）给出的风速拟合关系然有明显的改进，可以更为准确的估算气体交换速率。本文进一步尝试将前文给出气体交换速率模型关系与海洋遥感手段相结合，对全球分布的气体交换速率进行研究。通过对高度计Ku波段的均方波陡的研究发现，均方波陡不仅依赖于风速，还与风浪成长状态（波龄）密切相关，在同一风速下，均方波陡随波龄的增大而增大，与波龄的3/2次方呈比例关系，涌浪对均方波陡的影响较小；本文通过风浪波数谱模型计算了均方波陡，其给出的均方波陡随风速和波龄的变化与观测基本一致;进一步研究发现，风浪成长状态主要通过长波倾斜机制对均方波陡产生影响，而短重力波和毛细重力波的均方波陡主要受风速调制。在上述研究的基础上，我们利用高度计双波段的后向散射截面资料反演得到了风速和波龄这两个参量，可以用于新的气体交换速率模型进行计算，从而给出了一种高度计遥感估算气体交换速率的方法；利用高度计Topex/Poseidon（2002-2004）年的观测资料计算了全球分布的气体交换速率，得到全球年平均气体交换速率为¹8.8cm/h，全球气体交换速率的分布特征主要受风速控制，对应西风带和信风带出现四个纬度极值，而在赤道无风带处最小，风浪成长状态对气体交换速率的局地分布有一定的影响；通过季节变化研究发现，全球平均的气体交换速率在夏季、冬季较大，春季、秋季较小，北半球有明显的季节变化特征，而南半球在纬度高于50oS时季节特征不明显。