赤潮引發(fā)的水環(huán)境污染和水生態(tài)損害問題日益突出。水動力在藻類的遷移、分布和聚集過程中起到重要作用,明確復雜流動中典型赤潮藻遷移、聚集的水動力影響機制對認識和預測赤潮的發(fā)生發(fā)展過程具有重要意義。本文研究了靜水及三維渦量場中典型赤潮藻的自主游動特性;構建了定量描述典型赤潮藻遷移、聚集的數(shù)學模型,模擬了典型赤潮藻在復雜流動中的運動軌跡及空間分布;揭示了復雜流動中典型赤潮藻聚集的水動力機制,從水動力學角度解釋了大亞灣不同區(qū)域、不同風向、不同風速下赤潮暴發(fā)現(xiàn)象,可為赤潮等生態(tài)災害的預測和防控提供重要科學依據(jù)與技術支撐。論文取得的主要成果如下:（1）系統(tǒng)研究了典型赤潮藻的自主游動特性。采用激光誘導熒光技術測量了靜水環(huán)境中赤潮異彎藻的游動軌跡,獲取了藻細胞的游動速率及游動方向的概率分布,給出了藻細胞的重定位時間B和旋轉擴散系數(shù)Dr。結果表明赤潮異彎藻在水平方向上的游動為各向同性,水平游動速度呈高斯分布;在豎直方向偏好向上,平均垂向游動速度約為105 μm/s;赤潮異彎藻總平均游動速度約為144 μm/s,重定位時間B為5.6 s,旋轉擴散系數(shù)Dr.為0.046 rad2/s。（2）研究了三維禍量場中典... 

【文章來源】：中國水利水電科學研究院北京市

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２．１實驗裝置圖??（１）水槽系統(tǒng)??水槽系統(tǒng)包括測試槽和保溫盒

光能量的激光波段及藻細胞發(fā)出的熒光光譜。實驗利用熒光分光光度計（ＨＩＴＡＣＨＩ，??Ｆ－７０００ＦＬ）測量了同一濃度的赤潮異彎藻細胞懸浮液在不同波長的激光激發(fā)下的熒光特??性，激發(fā)光光譜及藻細胞的熒光光譜如圖２．２所示。在４２０－４８０?ｎｍ波段激發(fā)光照射下赤??潮異彎藻熒光峰值位于６８５?ｎｍ左右，由圖中不同激發(fā)光下的熒光峰值能量可知４５０?ｒｎｎ??的激光激發(fā)赤潮異彎藻產生的熒光能量最強。??因此，在后續(xù)實驗中將采用波長為４４７?ｎｍ的激光器（ＭＤＬ－Ｆ－４４７ｎｍ－３．５Ｗ－１６０１）作??為照明光源。為了濾掉激光的影響，實驗在拍攝藻細胞圖片時在相機鏡頭前加裝５５０?ｎｍ??高通濾光片，濾光片的截止率９９．５％以上，透過率９０％，保證暗室條件下圖像采集到的??光信號為藻細胞的熒光。??１．０?????４３０?ｎｍ??４４０?ｎｍ??４５０?ｎｍ??４６０?ｎｍ??４７０?ｎｍ??０．０?－??■ｒ?■?：：Ｌ＾??３５０?４００?４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００?７５０??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??圖２．２?４２０－４８０?ｎｍ激發(fā)光下赤潮異彎藻的熒光光譜??（２）赤潮異彎藻游動軌跡測量??實驗基于赤潮異彎藻的熒光頻譜特性采集熒光信號，獲取藻細胞的空間位置，通過??多個時間序列的疊加得到細胞的軌跡。??實驗均在室溫２５?°Ｃ環(huán)境中進行

圖２．３赤潮異彎藻圖片：（ａ）游動的藻細胞，（ｂ）群體藻細胞運動軌跡，（ｃ）單個藻細胞軌跡??（２）定義游動速度及方向??為了方便數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，引入如圖２．４所示的笛卡爾坐標系。；ｃ軸與激光片光面??重合，ｙ軸垂直于相機拍攝面，Ｚ軸垂直向上。細胞在Ｘ和Ｚ方向上的游動速度由公式??２．１－２．２計算得出，??Ｘｋ?—??ＶＸ?＝?Ｋ－－－?－－?（２．１）??Ａｔ?、?Ｊ??Ｚｌ－?＿?Ｚｋ—飛??Ｖｚ?＝?Ｋ－ｋ?－?（２．２）??其中（ｘ＾ｚ＊）和為藻細胞在第Ａ：楨和／ｒ－ｌ楨中的像素位置，尺（６．９５?（ｉｍ／ｐｉｘｅｌ）為轉換??系數(shù)，Ａｆ?（０．５?ｓ）為兩幀圖像的時間間隔。假設藻細胞在ｘ－＿ｙ平面游動方向各向同性，貝ＩＪ??Ｋｖ＝＾，因此藻細胞游動的總速度可定義為??ｖ?＝?Ｊｖｘ２?＋?Ｋｙ２?＋?ｌ／ｚ２?＝?ｙｆＷ＋Ｗ?＝?Ｗ＋ｖＩ?（２．３）??其中Ｒ是細胞在ｘ－ｙ平面中運動的總速度。將細胞在ｒ－ｚ平面和ｘ－ｚ平面游動的角度分別??定義為０和《，如圖２．４（ａ）－（ｂ）所示。??１７??

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3469087