發(fā)布時(shí)間：2020-11-02 21:53

　　 人工上升流被認(rèn)為是一項(xiàng)有潛力的地球工程,通過(guò)將富含營(yíng)養(yǎng)的海洋深層水提升到真光層,從而刺激浮游植物的生長(zhǎng),提升生物碳泵的效率,緩解氣候變暖。人工上升流可以通過(guò)調(diào)節(jié)工程參數(shù)進(jìn)而形成不同環(huán)境參數(shù)的羽流,其中包括羽流的濃度、營(yíng)養(yǎng)鹽總量和分布以及湍流強(qiáng)度等。這些變化會(huì)進(jìn)一步的影響羽流所能刺激的藻類的生長(zhǎng)狀態(tài)和群落結(jié)構(gòu),從而極大地影響人工上升流工程的固碳能力。目前有關(guān)人工上升流的研究多集中在提升設(shè)備的可靠性和能量利用率等工程設(shè)備方面,一直缺少有關(guān)上升流羽流參數(shù)對(duì)人工上升流生物固碳作用影響及影響機(jī)制的研究。本文從驗(yàn)證人工上升流羽流數(shù)學(xué)模型、制造可控湍流的養(yǎng)藻設(shè)備以及湍流強(qiáng)度對(duì)中肋骨條藻的生長(zhǎng)影響三個(gè)方面研究人工上升流系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)其固碳能力的影響,為理解上升流海域生物化學(xué)參數(shù)的變化以及準(zhǔn)確評(píng)估人工上升流對(duì)生物固碳作用的影響,提供理論實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備的支撐。人工上升流羽流模擬實(shí)驗(yàn)根據(jù)樊煒等前期理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,通過(guò)建立實(shí)驗(yàn)室水槽模型,研究分析了深層水羽流被提升后與周邊海水的稀釋過(guò)程及其形成的羽流軌跡,并且通過(guò)與CFD仿真計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析,驗(yàn)證了人工上升流工程參數(shù)控制深層水羽流稀釋和中性浮力深度理論公式的正確性和可行性。為了探究人工上升流羽流對(duì)浮游藻類生物固碳的影響,我們研究并設(shè)計(jì)了可產(chǎn)生可控湍流的藻類培養(yǎng)設(shè)備,利用單點(diǎn)測(cè)速和能譜分析等手段,全面分析了藻類培養(yǎng)設(shè)備內(nèi)部的湍流強(qiáng)度及分布,并建立了湍流動(dòng)能耗散率ε與振動(dòng)參數(shù)-頻率的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)際測(cè)量的湍流分布與姚鐘植同學(xué)的STAR-CCM+仿真模擬結(jié)果相互吻合,從而證明了基于軌道震動(dòng)的可控湍流藻類培養(yǎng)設(shè)備是一種可以產(chǎn)生各項(xiàng)同性且均質(zhì)湍流的穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)體系。該體系可模擬中高等湍流強(qiáng)度區(qū)域的海域情況,適用于實(shí)驗(yàn)室研究湍流對(duì)藻類影響的實(shí)驗(yàn)條件。在驗(yàn)證人工上升流羽流數(shù)學(xué)模型后,研究了在營(yíng)養(yǎng)鹽和光照充足的條件下,湍流強(qiáng)度對(duì)中肋骨條藻生長(zhǎng)的影響。觀察到在一定范圍內(nèi),隨著湍流強(qiáng)度的增加,硅藻細(xì)胞的生長(zhǎng)速率會(huì)變大�？梢該�(jù)此推測(cè)在以中肋骨條藻為優(yōu)勢(shì)種的藻類群落中,人工上升流不僅僅作用于營(yíng)養(yǎng)鹽方面,在流體參數(shù)方面的改變也會(huì)顯著影響藻類的固碳作用。因此后續(xù)需要更加系統(tǒng)的分析研究人工上升流對(duì)生物固碳作用的影響。人工上升流對(duì)于海域的影響是復(fù)雜的,本實(shí)驗(yàn)的探究?jī)H僅是一小步,未來(lái)有待系統(tǒng)地進(jìn)一步探索。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P73
【部分圖文】：

人工上升流技術(shù)即在海洋中放置一系列人工設(shè)備使得深層海水上涌并與周??圍海水混合形成混合層，從而模仿自然界的海洋上升流改善海洋生產(chǎn)及自然生態(tài)??環(huán)境，如圖１．１所示。深層水的低溫、富含營(yíng)養(yǎng)鹽和水質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)對(duì)于環(huán)境有??很積極的作用，這使得人工上升流技術(shù)的研究具有非凡的意義。人工上升流是為??了擴(kuò)大海洋中上升流存在的海域面積以及彌補(bǔ)自然界中上升流的區(qū)域限制性和??１??

Ｕｐｓｅｌｌｉｎｇ?ｐｉｐｅ??Ａ??圖１．２人工上升流羽流在海洋密度躍層的構(gòu)型示意圖１Ｍ。??＂?（ａ）?ｚ６?一－?（ｂ）??ｇ－）ｎ．?．???１８??％２５［?＇￣＾?＝?／／／－＾＼??Ｑ４＝ｆ?２０＇?［｛（?２２％））??４１?■?．?■????．?，、??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１?００??５?〇?３?＞ｙＫｍ）??１：！＾一一?１?Ａ?（ｄ）??Ｑ２０－?ＶＶ＾ＺＩ＾?ｓ％—?５％?—?２０－?／?５％??２５?＿?Ｄｅｎｓｉｔｙ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?＼?ｌ?）?Ｊ??３０－?２２－?＾Ｖ??０?ｆ〇?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?Ｆ〇０＞Ｘ?＾?〇?＼?＞ｙ（ｍ）??Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?（ｍ）??圖１．３人工上升流羽流在理想與非理想的人工上升流工程參數(shù)控制下的平均濃度分布??［２６］?〇??１．３影響人工上升流固碳能力的羽流重要參數(shù)之一湍流??１．３．?１湍流的重要性和意義??人工上升流對(duì)碳循環(huán)或是海域初級(jí)生產(chǎn)力等影響，主要是通過(guò)控制藻類的生??長(zhǎng)和種群結(jié)構(gòu)，間接對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的作用。藻類的生長(zhǎng)狀態(tài)，是深層水羽流層的物??理化學(xué)參數(shù)的綜合影響結(jié)果（包括溫度、鹽度、光照、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及比例、碳酸??鹽參數(shù)、湍流場(chǎng)等）。因此，明確藻類在不同環(huán)境參數(shù)的羽流層中會(huì)如何響應(yīng)，??是研究人工上升流對(duì)環(huán)境作用的關(guān)鍵。目前，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，研究環(huán)境對(duì)藻類??生長(zhǎng)的影響，多集中在光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽及配比等單因素條件對(duì)藻類的生理機(jī)??６??

Ｕｐｓｅｌｌｉｎｇ?ｐｉｐｅ??Ａ??圖１．２人工上升流羽流在海洋密度躍層的構(gòu)型示意圖１Ｍ。??＂?（ａ）?ｚ６?一－?（ｂ）??ｇ－）ｎ．?．???１８??％２５［?＇￣＾?＝?／／／－＾＼??Ｑ４＝ｆ?２０＇?［｛（?２２％））??４１?■?．?■????．?，、??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１?００??５?〇?３?＞ｙＫｍ）??１：！＾一一?１?Ａ?（ｄ）??Ｑ２０－?ＶＶ＾ＺＩ＾?ｓ％—?５％?—?２０－?／?５％??２５?＿?Ｄｅｎｓｉｔｙ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?＼?ｌ?）?Ｊ??３０－?２２－?＾Ｖ??０?ｆ〇?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?Ｆ〇０＞Ｘ?＾?〇?＼?＞ｙ（ｍ）??Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?（ｍ）??圖１．３人工上升流羽流在理想與非理想的人工上升流工程參數(shù)控制下的平均濃度分布??［２６］?〇??１．３影響人工上升流固碳能力的羽流重要參數(shù)之一湍流??１．３．?１湍流的重要性和意義??人工上升流對(duì)碳循環(huán)或是海域初級(jí)生產(chǎn)力等影響，主要是通過(guò)控制藻類的生??長(zhǎng)和種群結(jié)構(gòu)，間接對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的作用。藻類的生長(zhǎng)狀態(tài)，是深層水羽流層的物??理化學(xué)參數(shù)的綜合影響結(jié)果（包括溫度、鹽度、光照、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及比例、碳酸??鹽參數(shù)、湍流場(chǎng)等）。因此，明確藻類在不同環(huán)境參數(shù)的羽流層中會(huì)如何響應(yīng)，??是研究人工上升流對(duì)環(huán)境作用的關(guān)鍵。目前，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，研究環(huán)境對(duì)藻類??生長(zhǎng)的影響，多集中在光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽及配比等單因
【參考文獻(xiàn)】

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1 PAN YiWen;FAN Wei;ZHANG DaHai;CHEN JiaWang;HUANG HaoCai;LIU ShuXia;JIANG ZongPei;DI YaNan;TONG MengMeng;CHEN Ying;;Research progress in artificial upwelling and its potential environmental effects[J];Science China(Earth Sciences);2016年02期

2 韋欽勝;王保棟;陳建芳;夏長(zhǎng)水;曲大鵬;謝琳萍;;長(zhǎng)江口外缺氧區(qū)生消過(guò)程和機(jī)制的再認(rèn)知[J];中國(guó)科學(xué):地球科學(xué);2015年02期

本文編號(hào)：2867619