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(fù)雜流動中典型赤潮藻遷移、聚集的水動力影響機(jī)制對認(rèn)識和預(yù)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(gòu)建了定量描述典型赤潮藻遷移、聚集的數(shù)學(xué)模型,模擬了典型赤潮藻在復(fù)雜流動中的運(yùn)動軌跡及空間分布;揭示了復(fù)雜流動中典型赤潮藻聚集的水動力機(jī)制,從水動力學(xué)角度解釋了大亞灣不同區(qū)域、不同風(fēng)向、不同風(fēng)速下赤潮暴發(fā)現(xiàn)象,可為赤潮等生態(tài)災(zāi)害的預(yù)測和防控提供重要科學(xué)依據(jù)與技術(shù)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(dǎo)熒光技術(shù)測量了靜水環(huán)境中赤潮異彎藻的游動軌跡,獲取了藻細(xì)胞的游動速率及游動方向的概率分布,給出了藻細(xì)胞的重定位時間B和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散系數(shù)Dr。結(jié)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(zhuǎn)擴(kuò)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(xué)研究院北京市

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)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(xì)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(xì)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(xì)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(chǎn)生的熒光能量最強(qiáng)。??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(xì)胞圖片時在相機(jī)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(xì)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(xì)胞的空間位置，通過??多個時間序列的疊加得到細(xì)胞的軌跡。??實驗均在室溫２５?°Ｃ環(huán)境中進(jìn)行

圖２．３赤潮異彎藻圖片：（ａ）游動的藻細(xì)胞，（ｂ）群體藻細(xì)胞運(yùn)動軌跡，（ｃ）單個藻細(xì)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(biāo)系。；ｃ軸與激光片光面??重合，ｙ軸垂直于相機(jī)拍攝面，Ｚ軸垂直向上。細(xì)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(xì)胞在第Ａ：楨和／ｒ－ｌ楨中的像素位置，尺（６．９５?（ｉｍ／ｐｉｘｅｌ）為轉(zhuǎn)換??系數(shù)，Ａｆ?（０．５?ｓ）為兩幀圖像的時間間隔。假設(shè)藻細(xì)胞在ｘ－＿ｙ平面游動方向各向同性，貝ＩＪ??Ｋｖ＝＾，因此藻細(xì)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(xì)胞在ｘ－ｙ平面中運(yùn)動的總速度。將細(xì)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]溫度、鹽度和硅酸鈉濃度對中肋骨條藻生長的影響[J]. 王志寶,趙奎峰,梁黎明,杜榮斌,王仁龍,劉立明.  煙臺大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程版). 2018(03)
[2]秋季太湖梅梁灣藍(lán)藻的原位增殖與垂直分布[J]. 周起超,趙爽,彭成榮,沈偉,宋立榮.  生態(tài)科學(xué). 2016(05)
[3]基于FBM法追蹤秦皇島海域赤潮遷移擴(kuò)散[J]. 匡翠萍,謝華浪,蘇平,顧杰,冒小丹.  中國環(huán)境科學(xué). 2016(08)
[4]流速對水庫水華優(yōu)勢種銅綠微囊藻生長的影響研究[J]. 宋洋,張陵蕾,陳旻,蔡俊馳,李嘉.  四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版). 2016(S1)
[5]三峽水庫支流水華機(jī)理及其調(diào)控技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 劉德富,楊正健,紀(jì)道斌,馬駿,崔玉潔,宋林旭.  水利學(xué)報. 2016(03)
[6]微囊藻屬一日內(nèi)垂向分布的數(shù)值模擬[J]. 俞茜,劉昭偉,陳永燦,朱德軍.  中國環(huán)境科學(xué). 2015(06)
[7]基于CE-QUAL-W2模型的龍川江支庫富營養(yǎng)化預(yù)測[J]. 梁俐,鄧云,鄭美芳,魏希.  長江流域資源與環(huán)境. 2014(S1)
[8]主要環(huán)境因子對一株紅色赤潮藻（Akashiwo sanguinea）生長的影響[J]. 陳田田,白潔,李才文,宋書群,劉云.  海洋環(huán)境科學(xué). 2014(05)
[9]紊流脈動強(qiáng)度對藻類生長及水環(huán)境的影響研究[J]. 雷雨,龍?zhí)煊?傘磊,安強(qiáng),黃寧秋.  環(huán)境科學(xué). 2013(05)
[10]一次陸源降雨污水引起血紅哈卡藻赤潮的成因[J]. 劉義豪,宋秀凱,靳洋,高繼慶,秦華偉,白艷艷,李斌,張利民.  生態(tài)學(xué)報. 2012(15)

博士論文
[1]異重流環(huán)境中游動型藻類與水動力耦合機(jī)制研究及數(shù)值模擬[D]. 劉豐.中國水利水電科學(xué)研究院 2018
[2]分層異重流背景下三峽水庫典型支流水華生消機(jī)理及其調(diào)控[D]. 楊正健.武漢大學(xué) 2014
[3]三峽水庫香溪河庫灣水華生消機(jī)理研究[D]. 黃鈺鈴.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2007

碩士論文
[1]不同氮源對典型赤潮藻類生長的影響[D]. 喬倩.暨南大學(xué) 2016
[2]流速對藻類生長影響試驗及應(yīng)用研究[D]. 王建慧.清華大學(xué) 2012
[3]基于藻類垂直遷移的香溪河水華暴發(fā)模型及三峽水庫調(diào)控方案研究[D]. 楊正健.三峽大學(xué) 2010
[4]大亞灣海域海洋卡盾藻生長特征及地理來源研究[D]. 袁美玲.暨南大學(xué) 2007



本文編號：3469087