【摘要】：位于高緯度、高海拔地區(qū)的湖泊,每年都會經(jīng)歷一個(gè)冰封過程。在冰封期,湖泊水體受氣溫的影響,由上而下凍結(jié)成冰,最后形成覆蓋于整個(gè)湖泊的冰蓋。相比于無冰封湖泊,冰蓋作為冰封湖泊冰封期最顯著的外在變化,對湖泊原有的物理、化學(xué)及生態(tài)環(huán)境都產(chǎn)生了重要影響:伴隨著冰蓋的生長,湖泊中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)會由冰體向冰下水體遷移,使冰下水體中營養(yǎng)鹽的濃度大幅升高;由于冰蓋的存在,隔絕了湖泊與大氣之間最直接的物質(zhì)及能量交換,使湖泊水體溶解氧無法得到大氣的補(bǔ)給;同時(shí)冰蓋改變了光向水體的透射,影響冰下水體的光場環(huán)境。這些都會對冰封期湖泊生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生顯著影響,在冰封期,湖泊冰下水體可能因缺氧而造成魚類等動物死亡,而在翌年融冰期,冰下水體存儲的大量營養(yǎng)物質(zhì)又極易引起浮游植物大面積快速生長,進(jìn)而引起“水華”等現(xiàn)象的爆發(fā),隨著全球氣候持續(xù)變暖,高緯度地區(qū)湖泊冰封期環(huán)境、生態(tài)等方面的問題越來越受到關(guān)注。基于此,本文以我國北方寒旱區(qū)典型季節(jié)性冰封湖泊烏梁素海為研究對象,利用野外高頻監(jiān)測數(shù)據(jù),對冰封期烏梁素海的光學(xué)特性及熱學(xué)特征進(jìn)行了分析,同時(shí)改進(jìn)初級生產(chǎn)力計(jì)算模型,運(yùn)用冰下水體溶解氧濃度的高頻數(shù)據(jù)對冰封期冰下水體的初級生產(chǎn)力進(jìn)行計(jì)算及分析,以期為湖泊冰封期研究、水環(huán)境保護(hù)及富營養(yǎng)化控制提供理論依據(jù),研究結(jié)果對于湖泊冰封期管理及評估環(huán)境和氣候變化對湖泊的影響至關(guān)重要�；诒疚牡难芯恐饕玫揭韵乱恍┏晒�:首先對冰封期烏梁素海的光學(xué)特性進(jìn)行了分析。在冰封期,受冰蓋影響,在冰面無積雪期間,冰下水體中的透射率為10-11%,水-沉積物界面的透射率為5-6%。而在有積雪期間,冰下水體中的透射率下降到1%左右,水-沉積物界面的透射率不足1%。冰面無雪覆蓋期間,冰蓋對輻射的反照率約為45%,而在冰面有降雪期間,冰面以上的反照率大幅升高,約為81%,水沉積物界面的反射約為該界面入射的1.3%-4%。結(jié)果表明:冰蓋的存在影響光向冰下水體的透射,冰面積雪顯著增強(qiáng)冰面上的反射,同時(shí)極大降低冰下水體的入射;若冰面上沒有積雪,冰面上的總?cè)肷淇梢源┩笧趿核睾Ｕ麄�(gè)湖泊水體到達(dá)湖泊底部沉積物層。沉積物層對光合有效輻射的吸收作用較大,達(dá)到95%以上,冰下水體的光合有效輻射主要來源于一次輻射,二次反射的貢獻(xiàn)可以忽略。其次,分析了冰封期烏梁素海的熱學(xué)特征。主要對冰封期烏梁素海的冰溫、冰下水溫及冰內(nèi)熱傳導(dǎo)通量進(jìn)行了分析。冰封期烏梁素海的冰體溫度及冰下水體溫度都呈現(xiàn)出由表層到底層明顯的升高趨勢,無論在冰體還是冰下水體,溫度都有明顯的分層,且有晝夜變化模式。當(dāng)冰面有積雪存在時(shí),冰溫及冰下水溫都會受到影響。冰封期烏梁素海冰內(nèi)垂向熱傳導(dǎo)通量主要與氣溫和冰厚有關(guān),冰內(nèi)熱傳導(dǎo)通量隨著冰厚的增加逐漸下降,表層冰垂向熱傳導(dǎo)通量受氣溫的影響波動較大。太陽輻射對冰溫及冰下水溫存在顯著影響,這種影響在晝夜和季節(jié)時(shí)間尺度上,都很顯著,冰面積雪的存在通過影響入射,從而影響冰溫和水溫。最后,對冰封期烏梁素海冰下水體溶解氧的演化特征進(jìn)行了分析,并利用溶解氧數(shù)據(jù),計(jì)算了冰封期冰下水體的初級生產(chǎn)力,并分析其影響因素。冰封期烏梁素海冰下水體的溶解氧濃度也存在顯著的晝夜變化模式及分層現(xiàn)象,隨著深度的增加,溶解氧濃度逐漸降低。由于降雪的影響,水-沉積物界面可能達(dá)到厭氧狀態(tài),隨著積雪的慢慢消融,溶解氧濃度緩慢回升。在烏梁素海進(jìn)入消融期,冰融水對上層水體溶解氧濃度會有一個(gè)短暫的稀釋影響,隨著光合有效輻射的增強(qiáng),冰下水體溶解氧濃度顯著的升高。當(dāng)光合有效輻射強(qiáng)于20Wm-2,光合有效輻射與溶解氧的相關(guān)關(guān)系極強(qiáng)(R2=0.97),與下層水體相比,上層水體溶解氧的濃度受光合有效輻射影響較顯著。水溫也是冰下水體溶解氧濃度的主要影響因素之一,水溫愈低,水中溶解氧的濃度愈高,冰封期烏梁素海沉積物-水界面的溫度較高,接近該地區(qū)多年的平均氣溫,溫度的適宜性支持了水體及沉積物中有機(jī)物的分解耗氧。冰封期烏梁素海的初級生產(chǎn)力(總初級生產(chǎn)力及凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力)存在明顯的晝夜變化模式,隨著光合有效輻射的增強(qiáng)而增強(qiáng)(R2=0.776),在消融期間,烏梁素海冰下水體的初級生產(chǎn)力顯著增強(qiáng),降雪期間初級生產(chǎn)力顯著減弱,達(dá)到負(fù)值,隨著積雪厚度的減少,初級生產(chǎn)力逐漸增強(qiáng)轉(zhuǎn)為正值,此時(shí)溶解氧的產(chǎn)出量大于溶解氧的消耗量。由于降雪的影響,冰下水體的呼吸作用短暫急劇的下降,但很快會慢慢上升,在消融階段,烏梁素海冰下水體的呼吸作用緩慢增強(qiáng),冰下水體的呼吸作用與冰下水溫的關(guān)系更密切。在整個(gè)冰封期,烏梁素海冰下水體的光合作用一直都在進(jìn)行,即使在冰下水體光合有效輻射低于0.2 Wm-2期間,冰下水體的光合作用仍在繼續(xù)。光合有效輻射的改變引起冰下水體溫度發(fā)生變化,從而影響冰下水體中的呼吸。
【圖文】：

著的分布不均勻性和區(qū)域差異性，通常，將我國湖泊劃分為五大湖區(qū)，，分別為蒙新逡逑高原湖區(qū)、東部平原湖區(qū)、東北平原與山地湖區(qū)、青藏高原湖區(qū)及青藏高原湖區(qū)⑷，逡逑我國大約９９．８％的湖泊面積分布在五大湖區(qū)中（圖１）。其中蒙新高原湖區(qū)、東北平逡逑原與山地湖區(qū)、青藏高原湖區(qū)這三大湖區(qū)位于高緯度、高海拔地區(qū)，被歸為冰凍型逡逑湖泊，湖泊每年均出現(xiàn)冰封現(xiàn)象。其中蒙新高原湖區(qū)共有大小湖泊５１４個(gè)，約占全逡逑國湖泊總面積的１５．５０％％其中，呼倫湖每年１１月上旬開始結(jié)冰，個(gè)別年份可提前逡逑至１０月中旬，直至翌年５月上旬融化，冰封期約為５－６個(gè)月，最大冰厚可達(dá)逡逑達(dá)里湖及博斯騰湖每年１１月上旬結(jié)冰，直至翌年４月融化，冰封期約為５個(gè)月，冰逡逑

程冰下水體初級生產(chǎn)力，量化了冰封期凍融作用對湖泊冰下生態(tài)系統(tǒng)的影響。逡逑１．４．２邐技術(shù)路線逡逑技術(shù)路線見圖２。逡逑研究目標(biāo)逡逑邐Ｊ；邐逡逑冰封期烏梁素海光、熱特性及冰下水體初級生產(chǎn)力研究逡逑Ｉ逡逑邐邐冰封期烏梁素海冰水光學(xué)特性邐－ｎ逡逑ｉ＾］邐ｒ＾ｒｉ邐＼ｗ＼逡逑厚水邐水學(xué)逡逑變?nèi)脒姺磪㈠义匣娚溥娚溥姅?shù)逡逑特特邐特分逡逑Ｕ邐Ｕ邐Ｉ征Ｉ邐Ｉ析逡逑冰封期冰水熱學(xué)特性￣Ｈ冰下水體溶解氧演化特征＾逡逑邐—邐１邋Ｉ邐１逡逑Ｉ邐＼ｗ＼邐Ｒｃｉ邋＼ｉｋ］邐ｒ＾Ｋｉ邋：邋：邐ｒａｎ
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X524

【參考文獻(xiàn)】

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2 李興;李建茹;徐效清;白旭亮;;烏梁素海浮游植物功能群季節(jié)演替規(guī)律及影響因子[J];生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào);2015年10期

3 李明;李潤玲;柏欽璽;李志軍;;芬蘭淡水湖冰下溶解氧濃度變化規(guī)律的離散小波分析[J];數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識;2015年07期

4 王利明;甄志磊;于瑞雪;胡其圖;;冰封期和非冰封期達(dá)里諾爾湖營養(yǎng)鹽分布特征分析[J];節(jié)水灌溉;2015年02期

5 吳計(jì)生;梁團(tuán)豪;霍堂斌;李穎;田竹君;;嫩江下游尼爾基—三岔河口段河流健康評價(jià)[J];水資源保護(hù);2015年01期

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9 曲斌;康世昌;陳鋒;張擁軍;張國帥;;2006—2011年西藏納木錯(cuò)湖冰狀況及其影響因素分析[J];氣候變化研究進(jìn)展;2012年05期

10 雷瑞波;李志軍;張占海;程言峰;;東南極中山站附近湖冰與固定冰熱力學(xué)過程比較[J];極地研究;2011年04期

本文編號：2653577