【摘要】：塑料制品的廣泛應(yīng)用為人類生活帶來了極大的便利,而塑料廢棄物對海洋生態(tài)環(huán)境卻產(chǎn)生了越來越大的負(fù)面影響。陸源塑料垃圾進(jìn)入海洋后,在各類物理、化學(xué)與生物過程作用下逐漸分裂成直徑小于5 mm的微塑料,可能會在沿海地區(qū)或開闊海洋中發(fā)生積聚或遠(yuǎn)距離遷移,嚴(yán)重破壞了海洋生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。目前,微塑料作為新型海洋污染物逐漸成為國際研究熱點。渤海是我國最大的半封閉內(nèi)海,且三大海灣的水交換能力較弱。了解該海域微塑料的分布特征及輸運過程,對未來針對海域內(nèi)微塑料污染問題的防護(hù)與治理具有重要意義。本文利用2016—2017年不同季節(jié)的渤海微塑料現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù),對渤海微塑料濃度分布現(xiàn)狀進(jìn)行初步分析,發(fā)現(xiàn)了渤�？赡艽嬖诘膸讉�微塑料高濃度區(qū)域并估算了渤海微塑料總量。通過耦合水動力模型與拉格朗日粒子跟蹤模型,模擬了不同季節(jié)渤海沿岸以及渤海海峽處微塑料的輸運情況。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了兩組敏感性實驗,探討了渤海微塑料的輸運規(guī)律以及可能對其輸運過程產(chǎn)生影響的因素。(1)渤海微塑料的時空分布特征。根據(jù)微塑料(直徑0.33~5 mm)現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù),得到了不同季節(jié)渤海表層水體中微塑料濃度的分布情況。結(jié)果表明,微塑料表層濃度空間差異性較大,春季微塑料濃度最高,為0.53±0.45個/m~3,夏季為0.33±0.36個/m~3,冬季為0.30±0.52個/m~3,秋季濃度最低,僅為0.22±0.21個/m~3。通過與其他研究結(jié)果進(jìn)行比較表明,渤海微塑料污染處于中低水平。利用垂向分布模型模擬了渤海微塑料深度剖面分布發(fā)現(xiàn),風(fēng)速越大,微塑料的垂向分布特征越明顯,尤其是當(dāng)風(fēng)速大于5 m/s時。受風(fēng)致混合影響,漂浮微塑料易由海表層向混合層內(nèi)擴(kuò)散,僅通過表層拖網(wǎng)的采樣方法易低估微塑料的實際值�；谖⑺芰洗瓜蚍e分濃度,采用克里金空間插值法估算了渤海微塑料總量約為4.13×10~(10)個。其中,渤海中部的微塑料含量最高,約占54%,遼東灣與渤海灣次之,萊州灣的含量最低,僅占4%。微塑料濃度高值區(qū)主要集中在渤海海峽、遼東灣東北部與渤海灣灣口處。渤海環(huán)流與入海徑流對微塑料的濃度分布具有一定影響。(2)渤海微塑料示蹤粒子輸運過程的數(shù)值模擬結(jié)果。通過耦合水動力模型與拉格朗日粒子跟蹤模型,模擬不同季節(jié)渤海沿岸主要入海河口與渤海海峽處微塑料示蹤粒子的輸運路徑。結(jié)果表明,不同季節(jié)各海灣沿岸釋放的示蹤粒子大多沿岸輸運,平均輸運距離與位移分別為603.4 km與18.1 km,平均輸運速率與輸運速度分別為6.7 km/d與0.2 km/d。其中,遼東灣沿岸示蹤粒子的輸運過程較其他海灣的明顯,渤海灣沿岸示蹤粒子的輸運趨勢整體較弱,萊州灣灣口處示蹤粒子的輸運過程較灣內(nèi)的明顯。渤海海峽處示蹤粒子的輸運過程隨季節(jié)變化明顯,平均有12.5%的示蹤粒子能在三個月的追蹤期限內(nèi)輸運至模型域外。(3)敏感性實驗對比分析。通過對比發(fā)現(xiàn):(a)無風(fēng)情況下,渤海沿岸各示蹤粒子的平均輸運速率與速度分別較有風(fēng)情況減小了6.0%和33.3%,大部分粒子均在釋放點源附近運動。渤海海峽處示蹤粒子的輸運趨勢較有風(fēng)情況下明顯減弱,僅有9.4%的粒子在追蹤期限內(nèi)輸運至模型域外,且均集中在冬季,表明風(fēng)海流不僅改變了微塑料的輸運方向,還加快其輸運速度。(b)利用隨機(jī)游走能模擬湍流擴(kuò)散對示蹤粒子輸運過程的影響,在不考慮隨機(jī)游走情況下,渤海沿岸各示蹤粒子的平均輸運速率與速度較考慮隨機(jī)游走情況下分別增加了70.1%和125.0%,大部分粒子均呈現(xiàn)出明顯的離岸輸運趨勢。渤海海峽處示蹤粒子的輸運趨勢在兩種情況下相似。由此說明,湍流擴(kuò)散對沿岸地帶與開闊海域釋放的微塑料輸運過程影響不同,對沿岸微塑料的輸運過程有抑制作用,使其呈現(xiàn)沿岸輸運趨勢,而海峽處微塑料的輸運過程受影響較小。(4)渤海微塑料輸運規(guī)律分析。渤海各海灣沿岸入海微塑料向渤海中部遷移擴(kuò)散的能力較弱。渤海海峽處微塑料在夏季與冬季呈現(xiàn)“北進(jìn)南出”的輸運趨勢。來自渤海的微塑料從渤海中部經(jīng)海峽南部向黃海輸運,受廟島群島阻隔的影響,僅有部分微塑料能輸運至黃海。來自黃海的微塑料較少能深入渤海內(nèi)部,大多在海峽東北部積聚或沿岸北上輸運,進(jìn)入遼東灣的微塑料可能會在灣內(nèi)長時間停留或向渤海其他區(qū)域遷移。渤海三個海灣沿岸與渤海海峽處可能發(fā)生微塑料的集聚,對應(yīng)區(qū)域的微塑料污染情況需重點關(guān)注。本文基于微塑料的四季現(xiàn)場調(diào)查,估算了渤海微塑料總量,并探討了不同季節(jié)陸源入海以及渤海海峽處微塑料的輸運情況及影響機(jī)理,對渤海微塑料污染現(xiàn)狀有了初步了解。今后的研究需不斷改進(jìn)現(xiàn)場調(diào)查方法,完善數(shù)值模擬實驗,以更準(zhǔn)確地評估研究區(qū)內(nèi)微塑料分布、輸運與歸趨的動態(tài)變化趨勢。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X55
【圖文】：

上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文以及隨機(jī)游走過程對渤海沿岸陸源輸入以及渤海海峽處微塑料輸運過程的影響。基于以上研究，以期對不同季節(jié)渤海微塑料的時空分布特征、輸運過程及影響機(jī)理有更深的了解，從而為微塑料污染的治理與防護(hù)提供理論依據(jù)（圖 1-1）。論文共分為四章：第二章對 2016 年 8 月與 10 月以及 2017 年 2 月與 5 月在渤�，F(xiàn)場調(diào)查得到的微塑料表層濃度分布特征進(jìn)行分析，結(jié)合垂向分布模型模擬了微塑料的深度剖面分布情況，并估算了渤海微塑料總量。第三章基于 ROMS 模型，構(gòu)建為微塑料輸運模擬過程提供水動力背景場的渤海環(huán)流模型，并對該模型進(jìn)行驗證與優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上結(jié)合粒子跟蹤模型，開展了對不同季節(jié)渤海沿岸與渤海海峽處微塑料輸運過程的數(shù)值模擬研究。第四章是對本研究結(jié)果的總結(jié)，并介紹了本文的創(chuàng)新點以及對未來工作的展望。

圖 2-1 渤海微塑料采樣站位Figure 2-1 Sampling sites of microplastics in the Bohai Sea料水平分布特征采集的表層水體中的微塑料濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，分別得到塑料濃度分布情況，如圖 2-2 所示。年 8 月份監(jiān)測的 11 個站點的微塑料濃度范圍為 0.01~1.23 個/±0.36 個/m3。其中，渤海灣灣口（A09）的濃度值最高，可達(dá) 1遼東灣中部（A04）的濃度，為 0.69 個/m3；此外，遼東灣西北口（A10）兩個站點濃度值較低，僅為 0.02 個/m3和 0.01 個年 10 月份監(jiān)測的 9 個站點的微塑料濃度范圍為 0.08~0.65 個2±0.21 個/m3。其中，遼東灣中部（O04）的濃度值為 0.65 個

上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文.53±0.45 個/m3。其中，渤海海峽東部（M18）與遼東灣北部（M2）的濃高，分別為 1.72 個/m3與 1.31 個/m3。遼東灣西北部（M1）的濃度最低，2 個/m3。其余海區(qū)濃度較為相近。體而言，渤海微塑料的濃度范圍介于 0.01~1.75 個/m3之間，其濃度分布性較大。其中，夏季高濃度區(qū)域主要分布在渤海灣灣口處，冬季高濃度區(qū)布在渤海海峽西北部，春季高濃度區(qū)域分布在渤海海峽與遼東灣頂部。此塑料平均濃度最高，秋季最低，夏冬季介于兩者之間

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本文編號：2778686