上升流的开发利用

<正> 上升流是海水的垂直运动。上升流水域虽占全世界海洋面积比例很小,但是由于上升流能不断地将富营养的深层海水带到有光的生产上层来,因而上升流水域的初级生产力比其他水域要高得多,这就给海洋生物的繁殖生长提供     

基于海洋遥感的西北印度洋鸢乌贼渔场形成机制的初步分析

2003年9-11月中国鱿钓船对西北印度洋海域鸢乌贼渔场进行生产性探捕调查，发现在16°N、61°E附近海域存在中心渔场，平均日产达5 t以上，但渔场10 d后迅速消失。本文结合本次调查生产数据和卫星遥感资料对这一渔场进行了分析。渔场形成内在动力在于上升流的存在，它使深海缺氧、营养丰富的海水上涌到表层，上升流影响区域SST低，表层藻类 的繁盛，海表面叶绿素a（Chl-a）浓度值高。溶解氧缺乏，驱使鸢乌贼朝溶解氧比较丰富的区域即向SST高值和Chl-a低值的区域聚集，但鸢乌贼也有朝食物丰富区域即Chl-a高和SST低值区域觅食习性。鱼群易集中在SST梯度较大且Chl-a梯度较大的狭长区域。同时，当该海域附近上升流发生后，低压扰动有利于较大的SST梯度及Chl－a梯度的出现和维持，渔场海洋环境复杂，鱼群迅速聚集，形成中心渔场；而当低压扰动消失，风速增大，风向单一，渔场海洋环境单一均匀，鱼群会很快分散，中心渔场消失。     

布设间距对多孔方型人工鱼礁流场效应影响的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,研究了不同布设间距下,多孔方型人工鱼礁周围水流运动的规律,旨在为深入研究人工鱼礁的集鱼原理和海洋牧场建设中人工鱼礁的投放和布设提供更多参考。本研究采用了4种布设间距,分别为0.5、1、1.5和2倍鱼礁高度,基于计算机数值模拟技术,模拟了速度为0.8m/s的水流流经2个礁体的过程,分别观察鱼礁周围水流运动情况。结果显示,多孔方型人工鱼礁内部和周围存在缓流区、背涡流区、上升流区、死水区等有显著特征的区域;多孔方型人工鱼礁上升流的最大速度与来流速度的比值约为0.95倍;多孔方型人工鱼礁周围上升流最大抬升高度与鱼礁高度之比约为2.1;多孔方型人工鱼礁的结构在一定程度上为鱼礁周围的流态多样性提供了较有利的作用;多孔方型人工鱼礁的布设间距对2个鱼礁单体间的旋涡数量和旋涡方向有较大影响,也对涡量大小和涡量分布范围产生影响。研究表明,在一定范围内,布设间距越大,涡量越大,分布范围越广,但超过一定范围后,涡量不再增大,分布范围也不再扩大;多孔方型人工鱼礁的布设间距越大,背涡流在X方向和Y方向的影响面积越大。研究结果清晰地展现了不同布设间距下的人工鱼礁的流场效应,对在特定条件下进行人工鱼礁投放和布设具有重要意义。     

舟山近海海域夏季上升流时空特征及其与风场的关系

利用2002-2013年期间的卫星遥感海表温度(SST)数据分析了舟山海域夏季上升流的时空特征,并结合同时期的海面风场数据探讨了风对该海域夏季上升流的影响。对多年夏季月平均的SST进行经验正交函数(EOF)分解结果表明,7月份前两个模态方差贡献率分别为71.66%、16.55%,8月份前两个模态方差贡献率分别为87.03%和7.30%,并均通过了显著性检验,舟山近海海域的上升流存在较为明显的年际变化。相关分析显示,经向风速和SST异常存在显著的负相关关系,即夏季盛行的西南风有利于上升流的发展。并且,艾克曼(Ekman)体积输运计算结果表明,舟山海域7、8月份风生上升流的量级分别为3.0×10~(-5)m/s和1.5×10~(-5)m/s,7月上升流显著强于8月,这与8月份观测到的海表显著低温异常相关。     

方形人工鱼礁通透性及其对礁体周围流场影响的数值实验

基于考虑不同形状大小、组合规模的人工鱼礁投放于不同水域环境后形成的流态变化有较大差异,设计x、y、z三个方向不同通透方式的单个正方体人工鱼礁,采用LES(大涡模拟)紊流模式,对定常来流速度下人工鱼礁单体附近流场进行三维数值模拟,建立反映礁体结构的通透系数与礁体产生流场变化的关系。结果显示:上升流和背涡流的规模随通透系数增加而减小;来流方向上,礁体迎流面、背流面的通透系数变化对上升流和背涡流规模影响较为显著,而内部结构的变化则作用不明显,礁体上方与侧方的开口对上升流和背涡流的影响也不显著。迎流面通透系数变化是背涡流规模影响的主要因素。方形单礁缓流区体积随通透系数Tin增大呈线性减小,关系为V_x=-1241.8T_in+1206。通过该研究可在数值计算中通过通透系数与流场变化的关系,实现将复杂礁体简单化,有效地提高计算效率;为将小范围模拟扩大到群礁、甚至大海域的模拟,定量评估人工鱼礁的生态效应打下基础。     

南海中部海域夏季叶绿素a浓度垂向分布特征

根据2014年7月~8月南海中部海域(12°N~18°N,110°E~117°E)调查获得的水柱方向上连续的叶绿素a浓度(Chl-a)数据,分析了南海中部海域夏季Chl-a垂向分布特征。结果表明:1)南海中部海域Chl-a垂向分布呈现先增加后减小的趋势,在30~70 m水层出现Chl-a高浓度区;2)次表层Chl-a最大值(subsurface chlorophyll a concentration maximum,SCM)强度变化为0.94~4.69 mg·m-3,平均为1.90 mg·m-3,是遥感表层Chl-a平均值的18.10倍,SCM深度变化为4~75.36 m,SCM厚度变化为19.01~80.36 m;3)从断面分布来看,局部海域Chl-a垂向分布受到上升流的显著影响,断面A上沿岸上升流区表现出明显的SCM强度大、深度浅和厚度大的特征,而断面B上中沙群岛岛礁上升流区同样表现出SCM强度大、深度浅的特征,但是厚度相对较小。     

气候变化背景下舟山沿岸上升流区夏季水动力演变机制

全球变暖会对舟山沿岸上升流的驱动机制产生深远影响,继而作用于海域内的生态环境及渔业资源发生的变迁。使用三维海洋数值模型FVCOM,模拟研究了热通量、风场等气候环境因子变化下舟山沿岸上升流区夏季水动力及环境因子的分布特征。通过引入跃变检验方法来评估全球变暖对过去三十多年来舟山及其邻近海域的夏季海表温度的影响,发现在2016年前后发生了明显的跃变,跃变后海表温度相对于跃变前升高了约1 °C;热通量分析结果显示春季云量减小,短波辐射增加导致的海水热含量增加是夏季海水升温的重要原因;风速的时空变化表明舟山海域7月风速在近几十年有减弱的趋势。通过构建气候环境因子变化的敏感性数值模型实验探究了舟山沿岸上升流水动力的演变机制,结果表明海气热通量增加导致的表层海水吸热及平流热输运增加引起的海水层化加强会使得底层海水不易抬升;夏季风应力的减弱削弱了长江冲淡水低盐水舌的离岸扩展,导致上升流区上层海水的层化减弱,从而加强中下层海水向岸爬升,增加沿岸上升流的强度。     

镂空方型增殖礁上升流特性的粒子图像测速试验

利用粒子图像测速技术（particle image velocimetry）对镂空方型增殖礁单体礁和组合礁的上升流流场特性进行分析,按照海区实测流速和礁区选址要求,设定5个不同的来流速度0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 m/s,并计算出试验流速分别为0.045、0.090、0.135、0.180、0.225 m/s。结果表明：单体礁在任何一种迎流方式下,上升流的规模都随来流速度的增加而增大;而相同来流速度下,主视面90o迎流时,上升流规模最大;单体俯视面45o迎流时,上升流规模最小;礁体横向组合排列时,礁体间距在0.5L～1.0 L时所产生的上升流规模最大,礁体间的协同作用最强;礁体纵向组合排列时,在0.5L～1.5 L倍的间距时,礁体间的相互作用较强,形成的上升流规模最大。     

台湾海峡西北部海坛岛东南沿岸上升流对表层沉积硅藻的影响

[目的]探讨台湾海峡西北部海坛岛东南沿岸上升流对表层沉积硅藻的影响。[方法]以台湾海峡西北部海坛岛东南沿岸的表层沉积硅藻为材料,对其进行筛选、制片、观察,研究其属种分布特征和上升流对其的影响。[结果]按照表层沉积硅藻的丰度分布特征,将其分为三个研究区,以柱状小环藻、具槽直链藻和波状辐裥藻为主要的优势种群。结合温度、盐度的资料,可以得出海坛岛东南沿岸海域存在上升流。[结论]该研究为进一步探讨海坛岛东南沿岸海域表层沉积硅藻与上升流的关系提供了科学依据。     

铅直二维定常流中人工鱼礁流场效应的数值实验

以定常来流海域为例,利用数值实验方法,定量探讨了具有自由水面的海域中人工鱼礁单体对流场的影响。考虑嵊泗鱼礁投放区的流速、水深的调查结果,来流速度Uin、水深H分别取为0.7 m/s、20 m。在鱼礁为实心方体的情况下,在渔礁迎流面产生上升流背流面产生涡流;上升流域的规模、强度随着礁高增大而增大,而上升流面积的平均产量与边际产量随礁高先增后减,在礁高水深比r=0.1时上升流效应最佳;背涡流域的规模也随着礁高增大而增大,其面积的平均产量随礁高先增后减,在r=0.1时达到极值。