人工上升流羽流分布及其对中肋骨条藻生长的影响研究
发布时间：2020-11-02 21:53
人工上升流被认为是一项有潜力的地球工程,通过将富含营养的海洋深层水提升到真光层,从而刺激浮游植物的生长,提升生物碳泵的效率,缓解气候变暖。人工上升流可以通过调节工程参数进而形成不同环境参数的羽流,其中包括羽流的浓度、营养盐总量和分布以及湍流强度等。这些变化会进一步的影响羽流所能刺激的藻类的生长状态和群落结构,从而极大地影响人工上升流工程的固碳能力。目前有关人工上升流的研究多集中在提升设备的可靠性和能量利用率等工程设备方面,一直缺少有关上升流羽流参数对人工上升流生物固碳作用影响及影响机制的研究。本文从验证人工上升流羽流数学模型、制造可控湍流的养藻设备以及湍流强度对中肋骨条藻的生长影响三个方面研究人工上升流系统的设置对其固碳能力的影响,为理解上升流海域生物化学参数的变化以及准确评估人工上升流对生物固碳作用的影响,提供理论实验方法和设备的支撑。人工上升流羽流模拟实验根据樊炜等前期理论计算的基础上,通过建立实验室水槽模型,研究分析了深层水羽流被提升后与周边海水的稀释过程及其形成的羽流轨迹,并且通过与CFD仿真计算结果的对比分析,验证了人工上升流工程参数控制深层水羽流稀释和中性浮力深度理论公式的正确性和可行性。为了探究人工上升流羽流对浮游藻类生物固碳的影响,我们研究并设计了可产生可控湍流的藻类培养设备,利用单点测速和能谱分析等手段,全面分析了藻类培养设备内部的湍流强度及分布,并建立了湍流动能耗散率ε与振动参数-频率的经验公式。实际测量的湍流分布与姚钟植同学的STAR-CCM+仿真模拟结果相互吻合,从而证明了基于轨道震动的可控湍流藻类培养设备是一种可以产生各项同性且均质湍流的稳定实验体系。该体系可模拟中高等湍流强度区域的海域情况,适用于实验室研究湍流对藻类影响的实验条件。在验证人工上升流羽流数学模型后,研究了在营养盐和光照充足的条件下,湍流强度对中肋骨条藻生长的影响。观察到在一定范围内,随着湍流强度的增加,硅藻细胞的生长速率会变大。可以据此推测在以中肋骨条藻为优势种的藻类群落中,人工上升流不仅仅作用于营养盐方面,在流体参数方面的改变也会显著影响藻类的固碳作用。因此后续需要更加系统的分析研究人工上升流对生物固碳作用的影响。人工上升流对于海域的影响是复杂的,本实验的探究仅仅是一小步,未来有待系统地进一步探索。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P73
【部分图文】：
人工上升流技术即在海洋中放置一系列人工设备使得深层海水上涌并与周??围海水混合形成混合层，从而模仿自然界的海洋上升流改善海洋生产及自然生态??环境，如图１．１所示。深层水的低温、富含营养盐和水质优良等特点对于环境有??很积极的作用，这使得人工上升流技术的研究具有非凡的意义。人工上升流是为??了扩大海洋中上升流存在的海域面积以及弥补自然界中上升流的区域限制性和??１??
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【参考文献】
本文编号：2867619
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P73
【部分图文】：
人工上升流技术即在海洋中放置一系列人工设备使得深层海水上涌并与周??围海水混合形成混合层，从而模仿自然界的海洋上升流改善海洋生产及自然生态??环境，如图１．１所示。深层水的低温、富含营养盐和水质优良等特点对于环境有??很积极的作用，这使得人工上升流技术的研究具有非凡的意义。人工上升流是为??了扩大海洋中上升流存在的海域面积以及弥补自然界中上升流的区域限制性和??１??
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【参考文献】
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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 韦钦胜;王保栋;陈建芳;夏长水;曲大鹏;谢琳萍;;长江口外缺氧区生消过程和机制的再认知[J];中国科学:地球科学;2015年02期
本文编号：2867619
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