黑泥湾海域沉降颗粒物通量及其影响因子研究

【摘要】海水中的悬浮体是重金属、营养盐等不同物质赋存的主要形态，其在近岸环境下的迁移、转化过程是认识陆海相互作用的核心问题。相对于研究较广泛的悬浮体空间格局和平面迁移扩散机制而言，近岸悬浮体垂向通量过程更为复杂，尤其对近岸沉降颗粒物（SPM）的垂向通量和影响因素的分析往往受到仪器设备等观测条件的限制，以往的研究尚较少涉及。作为海水-表层沉积物界面物质、能量交换的载体和影响沉积作用的重要过程参量，SPM对浅海区域动力沉积过程、营养盐循环以及岸滩、海底地形地貌的发育演化过程都具有重要意义。目前在我国近岸海域广泛分布的筏式海带养殖对悬浮体浓度、悬浮泥沙来源、悬浮泥沙输运方式、颗粒物沉降特性可能产生较大的影响。从水动力条件上，大量养殖筏架及海带生物体在海面形成新的上边界层，阻碍了外侧海域波浪能量向近岸的传输，同时消减了海带养殖区内海流流速。在这一动力条件干扰变异的前提下，养殖海域的动力沉积过程尤其是SPM的垂向通量过程如何适应是值得关注的问题。已有的研究多在自然状态下海域进行，而人类活动干预下的近岸海域动力沉积过程研究尚处于起步阶段。本论文以黑泥湾内大规模筏式海带养殖海域为研究对象，研究沉降颗粒物受到筏式海带养殖干扰产生的变异。相关研究成果将为人类活动影响下的近岸物质通量过程研究提供借鉴。大风浪天气对近岸海域沉积环境产生突变性的影响，是改变岸滩、海底地形地貌的重要外力条件。在台风干扰的变异作用下，近岸动力沉积过程尤其是SPM的垂向通量过程如何适应对科学研究与工程实践都具有重要意义。台风过程中动力沉积环境研究，受观测条件和事件突发性限制，国内外较少开展。本研究中观测到一次大型台风天气事件对该海域沉积环境产生影响的全过程，以该观测数据为基础，探讨SPM对台风天气的响应，并基于水动力环境变化对其形成机理进行分析，其研究成果可以为揭示极端天气下动力沉积环境变异提供有益的参考。本研究对黑泥湾养殖区内、外两个站位2007年4～7月同步观测的波浪数据进行对比，使用海带养殖季节（冬季）和非养殖季节（夏季）养殖区内、外多船定点同步连续观测调查资料，分析了筏式海带养殖对波浪的消减作用、对流场空间格局的改变及对悬沙分布运移模式的影响。另外，通过3组自制沉积物捕获器春秋季节采集的两次取样，对养殖区域内不同位置、不同深度水层的沉降颗粒物样品进行了收集，并进行通量计算和有机组分含量、粒度分布等参数测定，对其空间分布及季节变化情况进行了系统分析。并从水动力、颗粒物质来源角度对形成该沉降颗粒物空间分布格局的原因进行分析，揭示了筏式海带养殖通过改变水动力场及物源条件，影响养殖区内沉积环境的规律。运用大型时间系列沉积物捕捉器，收集了2011年台风“梅花”期间沉降颗粒物样品并进行测试，结合观测到的气象、水文要素资料，分析2011年“梅花”台风过程对动力沉积环境的影响，及台风过程中黑泥湾海域沉降颗粒物通量变化。通过上述研究，揭示了黑泥湾海域沉降颗粒物的性质及特点，包括水平及垂直空间分布、季节变化、物质来源、粒度组成、对大规模筏式海带养殖的响应、以及大风浪条件的响应等。通过本研究，对近岸海域动力沉积环境及其影响因子取得了一些新的认识，丰富了陆海相互作用过程和现代沉积动力学理论，对海洋开发和工程实践也具有重要的科学意义。
【作者】刘晓；
【导师】黄海军；
【作者基本信息】中国科学院研究生院（海洋研究所），环境科学，2012，博士
【关键词】沉降颗粒物；沉积环境；沉积物捕获器；筏式养殖区；黑泥湾；

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