收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于声学方法的中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程观测研究

原野  
【摘要】: 本文通过海床基观测平台和水体剖面观测系统在我国近海胶州湾外、黄海冷水团、桑沟湾及长江口外低氧区的成功应用,获取了具有高时空分辨率的温盐、流速、声学回声强度和悬浮物粒径的水体剖面或近底层时间序列,在利用声学反演模型估测悬浮颗粒物浓度和计算湍流混合动力参数的基础上,综合利用了统计分析、波谱分析、小波分析等数理方法,从“宏观”和“微观”两个切入点分析了海底沉积物或水体悬浮物在不同水动力条件下、不同湍流混合背景下的再悬浮和沉降等关键动力过程,估测了悬浮颗粒物的垂向湍扩散通量和沉降通量,并对湍流和近底沉积物的相互作用做了较为深入的研究。 从“宏观”角度上来看:在潮占优的近岸浅海,由潮流的底摩擦效应产生的潮致湍切应力不仅是沉积物再悬浮的主要机制,也是颗粒物垂向湍扩散的主要动力。此外,在胶州湾口的观测发现“假潮”对沉积物的再悬浮也起着重要作用。首次提出了“分粒级”体积浓度Rouse剖面拟合和Stokes沉降律相结合的方法判别不同粒级悬浮颗粒物的性质(如有效密度和特征沉速)及其来源,被证明简单而有效。在长江口外低氧区,利用脉冲相关声学多普勒流速仪(PC-ADCP)对底上0.8 m之内的潮流边界层之内的流速、雷诺应力、湍流生成与耗散、悬浮沉积物浓度精细结构进行了观测(垂向分辨率0.02 m),发现不同潮流系统相互作用产生的流速突变会导致高雷诺应力和显著的沉积物再悬浮事件,提出利用近底流速的水平加速度用来解释沉积物的再悬浮事件。观测发现较强潮流会冲刷底地形,使海底粗糙度减小,进而使得海底拖曳系数减小,潮流由于“感受”到海底摩擦减小而使得垂向流速剪切及相应的雷诺应力减小。 浪致底切应力虽然是一个有力的沉积物“搅拌机”,但由于它近似做往复运动且周期很短,却不是悬浮颗粒物垂向和水平输运的有效手段。对于同等量值的潮流和波浪轨道速度,前者可以卷挟沉积物使之大量悬浮,而后者或许不能使沉积物起动。在桑沟湾的观测中,浪致切应力控制着“底绒毛层”中沉积物的再悬浮,但由于潮流很弱,无法形成稳定的潮流边界层,涌浪导致的底绒毛层再悬浮只局限于近底层,绝大部分沉积物迅速的沉降到海底。由于浪致再悬浮导致的沉积物浓度时空变化剧烈,且达不到定常状态,潮流边界层内普遍使用的颗粒物沉降-湍扩散平衡在波浪占优的边界层内不一定适用。 从“微观”机制上来看,真正导致沉积颗粒物剥蚀、起动和再悬浮的动力是近底湍流相干结构的间歇性猝发。沉积颗粒在瞬时湍涡运动的撞击、扰动及挟带下翻滚、跳跃乃至悬浮的累积效应构成了一个沉积物再悬浮的宏观画面。受壁湍流拟序运动间歇性猝发的控制,沉积物再悬浮也是以间歇性的猝发为特征的,猝发生成的大尺度含能湍涡携带相似尺度沉积物云状聚团(Sediment clouds)进入水体是充分发展的潮流边界层内沉积物再悬浮的微观表现形式在波浪边界层内,由于波浪为高频的、强有力的运动,它们可以直接与海床作用卷挟沉积物。利用桑沟湾的近底连续观测数据,统计了一个涌浪周期内不同波动相位导致的湍动能生成和相应的沉积物浓度响应,利用统计结果构建了波浪导致的沉积物再悬浮的最可能的微观机制。 不同季节、不同混合状况水体中悬浮颗粒物的垂向分布和扩散的景象是完全不同的。在胶州湾,观测期间稳定风强迫的机械搅拌、表层海水热量损失造成的垂向强迫对流以及潮流底摩擦效应,造成跨越整个水柱的湍流混合。沉积物一旦再悬浮,马上扩散到整个水柱中去,沉积颗粒垂向输运到海表层的时间不到15分钟。在强层结水体中,湍流混合更易受到浮力抑制,悬浮颗粒物垂向湍扩散的速度要远远小于前者,仅约为3 m/hr。在黄海冷水团的观测中还发现即便非常微弱的密度梯度对水体湍动能和相应的颗粒物垂向湍扩散的抑制作用也是显著的。在高密度筏式养殖海区桑沟湾,受养殖设施及养殖生物的阻碍,潮流、波浪轨道速度以及水体湍动能被强烈抑制,再悬浮沉积物进入水体后受到的湍致升力不足而迅速沉降。 近底湍流和沉积物相互作用会显著改变边界层内湍流混合强度和颗粒物的絮凝特征。发现沉积物能显著改变水体密度形成近底层结,进而抑制湍流发展。水团微团湍动能在垂向输运沉积物的过程中转化为重力位能,大量消耗衰减。再悬浮的沉积物因湍致升力不足以克服自身重力而迅速沉降。桑沟湾的观测中发现由于近底层结效应,底摩擦速度、水体湍动能及湍动能耗散率ε不同程度的减小。以生物沉降为主的底沉积物,尽管粒径较大但结构松散易碎,涌浪导致的波浪边界层由于厚度很薄,流速剪切强,造成湍切应力很强,使得这些松散的绒毛层颗粒再悬浮后马上被湍涡“微剪切”搅碎,使得粒径大幅减小。 如何准确的估计沉降速度对提高悬浮颗粒物输运数值模式的精度非常重要。本文介绍了四种测量或计算悬浮颗粒物沉降速度的方法,在胶州湾的观测中做了综合应用,并分别讨论了它们的优势和不足。 利用海床基ADCP回声强度的剖面观测,结合LISST-100悬浮颗粒物粒径剖面观测,在黄海中部冷水团捕捉到一次小型浮游动物垂向迁移过程,并对控制其迁移的因素和浮游动物的垂向游泳速度进行了初步探讨和估计。光强和食物丰度是影响浮游动物垂向迁移的最重要因素,而强湍流剪切或者稳定跃层阻隔不能决定它们是否进行垂向迁移。由于跃层内部浮游植物消耗殆尽,夜晚浮游动物主动迁移到跃层上沿的高流速剪切区进行摄食活动。小型浮游动物上升时运动速度大约为0.8– 1.0 mm/s,而下降时速度达到1.5– 1.8 mm/s。因为上升时浮游动物必须克服自身重力和强大的温跃层结,速度要比下降时慢很多。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王岩;代群威;黄雪菊;黄云碧;闵世杰;;土壤起尘悬浮颗粒物中铅赋存特性模拟[J];环境科学研究;2018年01期
2 梁建章;;控制大城市人口对缓解雾霾适得其反[J];科学大观园;2017年03期
3 康健;;说说“肺话”[J];共产党员;2017年04期
4 侯秀富;郭沛涌;张华想;路丁;;水体悬浮颗粒物对斜生栅藻生理生化及光合活性的影响[J];环境科学学报;2013年05期
5 朱智;;β射线法悬浮颗粒物分析仪内部校准的探讨[J];北方环境;2011年09期
6 陈超嫦;区藏器;黄佐华;;国内大气悬浮颗粒物检测分析方法[J];机电工程技术;2007年03期
7 宫敏娜;张龙军;宫萍;;黄河不同区段悬浮颗粒物中正构烷烃的组成及物源[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年S1期
8 孙成均,杉田和俊,後藤纯雄,小谷野道子;气相色谱-质谱法测定空气悬浮颗粒物中35种多环芳烃化合物[J];华西医科大学学报;2001年03期
9 叶新荣,朱桂海;海水悬浮颗粒物质中烷烃的毛细管气相色谱法测定[J];海洋科学;1988年04期
10 马万奎;城市大气中危害人体健康的元凶-悬浮颗粒物[J];环境研究与监测;1988年01期
11 T.B.BLACKWOOD ,程健敏;煤堆场源评价[J];交通环保;1988年S1期
12 孟志红,陈秉衡;国外大气悬浮颗粒物卫生标准现状与展望[J];国外医学(卫生学分册);1989年01期
13 孟志红;陈秉衡;曹守仁;;我国大气悬浮颗粒物组分分布特征及其环境效应[J];上海环境科学;1989年07期
14 王玮;黄河清;;道路清扫对城市道路空气悬浮颗粒物含量的影响[J];安徽工业大学学报(自然科学版);2012年02期
15 彭临慧;王桂波;;中国近海悬浮颗粒物海水声波衰减[J];声学学报(中文版);2008年05期
16 郭长城;江亭桂;潘国权;王国祥;喻国华;;静态条件下水生植物对悬浮颗粒物沉积的影响[J];人民长江;2007年01期
17 Noriko KAMEZAWA;綦文正;;日本悬浮颗粒物污染现状及存在的问题[J];世界环境;1991年03期
18 赵炳成,张秀丽,田培华,程元辉;空气中苯并(a)芘在不同粒径悬浮颗粒物上含量的分布[J];环境与健康杂志;1986年02期
19 邓家邦;;大气中悬浮颗粒物的粒度分布测定法[J];铁道劳动卫生通讯;1983年03期
20 唐咏春;徐飘;杨正健;张思思;刘德富;纪道斌;;澜沧江流域水体悬浮颗粒物δ~(15)N空间差异及成因分析[J];环境科学;2018年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张国君;李超;;长沙市悬浮颗粒物的特征分析[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“大气气溶胶及其对气候环境的影响”分会论文集[C];2003年
2 周巧琴;蔡传荣;李耕;;大气悬浮颗粒物的电镜观察[A];第十二届全国电子显微学会议论文集[C];2002年
3 李炯;孙德智;王毅力;伦小秀;吕萍;;北京市典型峡谷型道路大气悬浮颗粒物浓度特征分布研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第二卷)[C];2009年
4 高铭阳;毕永红;胡征宇;朱孔贤;袁希功;;三峡水库悬浮颗粒物的周年变化[A];中国藻类学会第八次会员代表大会暨第十六次学术讨论会论文摘要集[C];2011年
5 胡塔峰;曹军骥;李旭祥;Shun-Cheng Lee;Judith C.Chow;John G.Watson;容波;;兵马俑博物馆冬季室内大气悬浮颗粒物与游客数量的关系[A];第五届海峡两岸气溶胶技术研讨会论文集[C];2008年
6 刘广山;黄奕普;陈敏;曹建平;;上海-南极中山站沿途表层海水悬浮颗粒物中的天然~(15)N[A];2005年全国无机质谱、同位素质谱和质谱仪器学术报告会论文集[C];2005年
7 卞海恒;孙娟;赵朝成;;消油剂与悬浮颗粒物联合应用于滨海溢油清除的实验研究[A];第十三届全国水处理化学大会暨海峡两岸水处理化学研讨会摘要集-S1物理化学法[C];2016年
8 胡塔峰;曹军骥;董俊刚;沈振兴;Shun-Cheng Lee;Judith C.Chow;John G.Watson;李旭祥;容波;;秦始皇兵马俑博物馆室内含硫颗粒物的SEM-EDX研究[A];第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会论文集[C];2007年
9 王爱军;叶翔;徐勇航;;福建罗源湾悬浮颗粒物的季节变化及其来源[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
10 李炎锋;贾衡;李俊梅;孙谦;孙育英;;室内环境中颗粒物运动的数值模拟研究[A];第五届海峡两岸制冷空调技术交流会论文专辑[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 原野;基于声学方法的中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程观测研究[D];中国海洋大学;2009年
2 张莹莹;长江口淡—咸水混合过程对营养盐在悬浮物—水之间分配的探讨[D];华东师范大学;2007年
3 孙娟;滨海环境石油—悬浮颗粒物凝聚体形成的动力学研究[D];中国海洋大学;2010年
4 朱为静;杭州湾河口悬浮颗粒物介导的硝化—反硝化耦合过程微生物机理研究[D];浙江大学;2017年
5 刘红丽;室内悬浮颗粒物浓度与粒径分布测量方法研究[D];华中科技大学;2009年
6 黄德坤;基于核素示踪的长江口、东海和海南东部近海泥沙的沉降过程[D];华东师范大学;2012年
7 吴莹;渤黄东海及其若干河口的烃类有机地球化学[D];华东师范大学;2001年
8 吕淑果;胶州湾悬浮颗粒物中脂肪酸的时空分布及其在初级生产者到初级消费者食物传递中的作用[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
9 潘瑞;观赏竹净化大气中悬浮颗粒物和细菌功能造景研究[D];福建农林大学;2012年
10 陈莉琼;基于辐射传输机理的鄱阳湖悬浮颗粒物浓度遥感反演研究[D];武汉大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李挺;大气悬浮颗粒物的光散射特性研究[D];西安理工大学;2018年
2 张煜轩;大型溞对抗生素与水体悬浮颗粒物复合胁迫的响应研究[D];华侨大学;2018年
3 龙小虎;台湾海峡中部夏季水动力情况及悬浮颗粒的分布与输运[D];浙江海洋大学;2018年
4 刘奇鹰;浙江沿海典型产业集聚区海洋生态风险评价技术研究[D];浙江海洋大学;2018年
5 邓瑞杰;石油污染沙滩释放油与悬浮颗粒物形成OSAs的研究[D];青岛理工大学;2018年
6 胡娅丽;树脂砂卸砂工艺悬浮颗粒物分布特性研究[D];西南科技大学;2017年
7 彭翔翼;极轨和静止轨道卫星多传感器反演长江口表层悬浮颗粒物浓度及其变化[D];华东师范大学;2015年
8 周海洋;激光干涉测量大气悬浮颗粒物吸收系数的方法研究[D];合肥工业大学;2012年
9 王玮;马鞍山市道路清扫对空气悬浮颗粒物浓度影响的调查研究[D];安徽工业大学;2012年
10 吴甜;石河子大气悬浮颗粒物中化学组分的研究[D];石河子大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 施云飞;国外如何监控空气中的悬浮颗粒物[N];中国财经报;2012年
2 王颖 王毅;世行支持山西控制大气污染[N];中国环境报;2009年
3 记者 张剑雯 实习生 宋轶萌;我省大气污染综合控制贷款项目全面启动[N];山西经济日报;2009年
4 记者 张中宝;海口为中国空气最清洁城市[N];海南日报;2011年
5 叶文建;从“优”到“忧”的警示[N];中国环境报;2007年
6 本报记者 蔡新华 实习记者 刘静;上海将发布24小时雾霾预报[N];中国环境报;2013年
7 日报记者 李兆林;自然有差池 创模当坚持[N];柳州日报;2009年
8 本报记者 郑璐 王媛媛;为母亲河“体检”[N];西藏日报(汉);2018年
9 ;秘鲁研制出“超级树”,能净化城市空气[N];新华每日电讯;2007年
10 木子;当前农机行业存在五大问题[N];山西科技报;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978