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加拿大海盆区辐射观测及其生物光学特性研究

作　者: 王维波
导　师: 赵进平
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: 加拿大海盆漫衰减系数浮游植物绝热加热下行福照度
分类号: P714.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文利用2007年在白令海考察的数据,详细研究了辐照度高频变化的特征与原因,得出影响辐照度记录的主要因素有云层、海雾和海浪。结果表明,这三种因素的影响有明显的差别,使我们有可能在不确切知道现场情况的条件下,由数据本身判断辐照度变化的原因,并获取有关的参数。云层引起的辐照度变化具有低频率、大振幅的特征。海雾引起的辐照度变化最为复杂,变化幅度大,变化周期复杂,从几秒到上百秒,与云层效应相区别。晴空条件下,海浪调制的反射信号通过空气中的水汽散射到辐照度计,形成周期短、振幅小的稳定振动信号,与云和雾的效应有明显区别。本文提供了云、雾和浪对辐照度影响的定性特征和定量分析结果,对理解海面辐照度记录,并正确计算漫衰减系数有指导意义。本文同时给出了漫衰减系数计算方法,计算了2006年加拿大北极科学考察获得的海洋光学数据,得到了加拿大海盆漫衰减系数的水平分布与垂直分布。依据漫衰减系数垂向结构,将加拿大海盆的漫衰减系数分为3种类型,即近岸高衰减类型、中部高衰减类型和垂向均匀类型。文中用衰减深度和光学厚度表征了海水衰减的水平分布,得到了衰减特性不同的三个海区。Barrow外海是衰减深度最小的近岸海域,深海的衰减深度要大得多。其中西部是来自太平洋的水体平流与扩散的海域,衰减深度比东部要小,体现了夏季太平洋水体中浮游植物的影响。夏季太平洋入流水没有到达加拿大海盆的东部,那里的水体清澈,衰减深度很大。揭示了太平洋水主要在30-60m的水深范围内沿加拿大海盆西侧向北扩展。本文利用Morel算法给出了符合加拿大海盆的叶绿素浓度与漫衰减系数的幂指数关系。得到了412、443、465、490、510、532、555和565nm的拟合系数。发现443nm的相关系数最大,达到0.85。结果显示波长越长相关系数越小,大于600nm的漫衰减系数与叶绿素浓度不符合幂指数关系式。得到的拟合系数与低纬度海域的拟合系数比较发现,加拿大海盆区,拟合系数? c基本相同,但是幂指数e是低纬度的一半。说明加拿大海盆藻类消光能力较差,导致漫衰减系数较小。本文为说明浮游植物对海洋热吸收的影响,建立海水绝热加热物理关系,应用于加拿大海盆区发现。用海洋光学数据获得的衰减系数和绝热加热物理模型模拟了上层海水从冬季均匀对流混合层结构过渡到夏季次表层暖水结构的全过程,得出了对应于观测日期的次表层暖水结构与实测数据很好地吻合。证实了在加拿大海盆,太阳辐射对海水的绝热加热时次表层暖水形成的主要原因。本文同时把进入海水中的太阳辐射能一部分直接被海水分子吸收,另一部分被海水中其他物质吸收,主要是浮游植物吸收。作者利用现场观测的漫衰减系数和实验室得到的纯海水光束衰减系数计算了进入海水中被海水分子吸收的太阳辐射能和其他物质吸收的太阳辐射能。两者相比较,得到其他物质吸收在10-50范围内有较大的衰减,表明浮游植物主要影响了这个水层的辐射吸收。用绝热加热方法计算18站纯海水和实测海水中次表层暖水的形成时间分别为72天和50天,表明浮游植物导致的吸收能加速次表层暖水的形成。夏季上混合层由于较强的混合作用,将热量用于融化海冰或者输送到大气中。在冰区,上混合层吸收的热量主要被用于融化海冰。计算结果表明,在次表层暖水发生期间,由于浮游植物的的存在,海水吸收的热量提高22%,从而明显提高了融冰速率。绝热加热过程体现了海水和浮游植物对太阳辐射能最大可能吸收量,对北冰洋海水的温度结构的形成发挥了重要的作用,也反映了浮游植物在北极快速变化中起到了改变海水温度结构、加剧海冰融化的正反馈作用。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
1 前言  12-21
  1.1 北冰洋快速变化  13-14
  1.2 浮游生物对海洋热吸收的影响  14-16
  1.3 漫衰减系数  16-17
  1.4 北冰洋海水特殊光学特性  17
  1.5 北冰洋海水光学研究的研究意义  17-18
  1.6 本文的主要研究内容  18-21
2 数据说明和站位图  21-23
3 特殊海面和大气状况下太阳辐照度的高频变化特征  23-30
  3.1 数据说明  23
  3.2 云层厚度不均匀引起的E_s 高频变化  23-25
  3.3 海雾引起的E_s 高频变化  25-26
  3.4 海浪引起的E_s 高频变化  26-27
  3.5 其他因素引起的E_s 高频变化  27-29
  3.6 本章小结  29-30
4 加拿大海盆漫衰减系数的分布特征  30-40
  4.1 漫衰减系数的计算  30-32
    4.1.1 水中下行辐照度的订正  30-31
    4.1.2 漫衰减系数的具体计算  31-32
  4.2 加拿大海盆漫衰减系数的垂直分布特征  32-34
  4.3 加拿大海盆漫衰减系数的水平分布特征  34-39
    4.3.1 光学衰减深度的分布  35-37
    4.3.2 光学积分厚度计算  37-39
  4.4 本章小结  39-40
5 漫衰减系数与浮游植物的关系  40-43
  5.1 本章小结  42-43
6 浮游植物对海水温度结构的影响  43-56
  6.1 温度和叶绿素浓度变化特征  44-45
  6.2 绝热加热海水  45-48
  6.3 太阳辐射绝热加热现场海水  48-49
  6.4 太阳辐射绝热加热纯海水  49-52
  6.5 浮游植物对太阳辐射在海水中分布的影响  52-54
  6.6 本章小结  54-56
7 总结和展望  56-60
  7.1 总结  56-59
  7.2 工作的不足之处及展望  59-60
    7.2.1 工作的不足  59
    7.2.2 工作的展望  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
个人简历与学术成果  64

加拿大海盆区辐射观测及其生物光学特性研究

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