近年來(lái)渦動(dòng)相關(guān)理論得到了廣泛的應(yīng)用，渦動(dòng)系統(tǒng)作為一種有效的測(cè)定在水生沉積物和上層之間的通量氧(O2)溶解度的技術(shù)，O2渦流通量的協(xié)方差計(jì)算是O2和垂直的高分辨率波動(dòng)之間在沉積物表面以上測(cè)量(通常在高度在10到20厘米之間)完成獲得的。近年來(lái)，EC（渦動(dòng)系統(tǒng)）在水產(chǎn)方面的應(yīng)用越來(lái)越多，渦動(dòng)系統(tǒng)的具有在自然光和水動(dòng)力條件下實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量，沉積物不封閉或不受干擾，來(lái)源于沉積物通量可以反映底棲生物O2交換過(guò)程的發(fā)生等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)有很多報(bào)道是基于渦動(dòng)系統(tǒng)對(duì)包括淺河床中、湖泊、各種近岸海洋環(huán)境以及很深的海岸灣區(qū)域的氧氣動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究。

本論文的研究人員采用渦動(dòng)系統(tǒng)對(duì)位于俄勒岡州44.7°N和43.9°N之間的80米水深大陸架的區(qū)域的三個(gè)區(qū)域位置的底棲生物氧通量進(jìn)行了研究，用于確定海洋底棲的生物耗氧量。采用分離渦流分量和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的方法研究其對(duì)渦動(dòng)相關(guān)（ET）通量的影響。

Unisense水底渦動(dòng)微電極研究系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用unisense的水底渦動(dòng)微電極研究系統(tǒng)結(jié)合（BOXER）著陸器對(duì)俄亥岡州海洋大陸架海洋底棲區(qū)域的生物耗氧量進(jìn)行了相關(guān)研究，其中的氧通量數(shù)據(jù)來(lái)源于帶有一個(gè)自動(dòng)著陸器的設(shè)備的渦動(dòng)系統(tǒng)(EC)，這套設(shè)備帶有渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)（unisense），可用于測(cè)量測(cè)量水土界面氧氣交換通量、用于連續(xù)監(jiān)測(cè)沉積物水動(dòng)力邊界層、海草床、泥沙河床等地點(diǎn)的垂直氧氣通量的變化情況，進(jìn)行連續(xù)跟蹤測(cè)試時(shí)，所使用的氧氣微電極的響應(yīng)時(shí)間為都小于等于0.4s，該微電極響應(yīng)時(shí)間較快。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本研究提供關(guān)于沉積物耗氧速率，使用了渦動(dòng)（unisense渦動(dòng)系統(tǒng)）設(shè)備和一個(gè)新的著陸器設(shè)備的(BOXER)結(jié)合，通過(guò)船將設(shè)備部署船用于海洋大陸架，用于海洋大陸架底部環(huán)境調(diào)查。2009年6月，當(dāng)著陸器設(shè)備從俄勒岡州中部區(qū)域進(jìn)入到水底80米深度處，表面波(峰值期為TP16秒)對(duì)垂直速度和氧氣變化的影響非常明顯，然而在2009年8月，表面波值要短得多，因此測(cè)量到的變化主要是渦流造成的。采用三種消除趨勢(shì)方法(線性、居中移動(dòng)平均數(shù)、低通頻率濾波器)進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)突發(fā)持續(xù)時(shí)間類似于重要的非湍流運(yùn)動(dòng)例如內(nèi)部波，得出采用線性去趨勢(shì)方法是有效率的。但是如果今后的研究中收集的是較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)突發(fā)或連續(xù)記錄時(shí)，低頻濾波器設(shè)置為消除長(zhǎng)期波動(dòng)將具有在更精確地定義包含在EC（渦動(dòng)）系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)過(guò)程中的頻率方面的優(yōu)勢(shì)。此外，壓力變化記錄結(jié)果有利于確定坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度，盡量減少垂直速度分量與波的水平分量的污染。測(cè)定的渦動(dòng)（EC）O2通量范圍在3~10 mmol m-2 d-1，底棲室的O2通量的測(cè)量一式兩份，分布在兩個(gè)區(qū)域之間，測(cè)試的通量值為4~8 m-2 d-1。所有的氧通量值都太低，這意味著在過(guò)去十年中，俄勒岡大陸架底棲邊界層的低氧情況較為普遍，這也是由于局部成巖作用的加強(qiáng)導(dǎo)致的。然而局部損耗率可能對(duì)一系列的局部變量很敏感，例如水的深度、內(nèi)部混合動(dòng)力學(xué)，底部水域的O2，泥沙滲透率，波紋系數(shù)、沉積物的有機(jī)質(zhì)含量。

圖1、BOXER著陸器及渦動(dòng)系統(tǒng)在部署海洋底部測(cè)試期間的照片和(b)用O2微電極和放大器定位的測(cè)試探頭的放大圖。

圖2、使用渦動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的俄亥俄岡大陸橋區(qū)域不同區(qū)域位置的剖面濃度分布情況。圖(a)表示的是其溫度剖面分布圖；圖(b)表示的是溶解O2剖面分布圖；圖(c)表示的是從三個(gè)研究地點(diǎn)百分比傳輸對(duì)比情況。

圖3、典型的高頻率（16HZ）的渦度數(shù)據(jù)圖其中圖1、2、3分別表示的是NH站、SH站、HH站區(qū)域的EC相關(guān)數(shù)據(jù)其中圖:(a,b)表示的是三維水速的速度，(c)溫度和壓力，(d)氧微電極測(cè)試的氧通量數(shù)據(jù)。

圖4、測(cè)試的俄勒岡州大陸架的NH和SH區(qū)域的底棲生物艙內(nèi)溶解氧濃度隨時(shí)間的變化情況。C1：艙室1;C2,艙室2。氧氣測(cè)試設(shè)備通過(guò)安裝在艙蓋上。這些記錄開(kāi)始于艙室關(guān)閉時(shí)，即部署設(shè)備后的3-5小時(shí)。艙室室通量是由線性擬合的氧氣消耗獲得的。（180分鐘后氧氣消耗的數(shù)據(jù)）

圖5、(a)6月份在NH區(qū)域位置的沉積物的原位測(cè)試的O2濃度剖面；(b)8月NH區(qū)域位置的沉積物的原位測(cè)試的O2濃度剖面。(c)8月份的SH區(qū)域位置的沉積物的原位測(cè)試SH區(qū)域O2濃度剖面圖。

結(jié)論與展望

本論文主要就對(duì)位于美國(guó)俄勒岡州44.7°N和43.9°N之間的80米水深大陸架下三個(gè)區(qū)域位置的底棲邊界層的氧通量進(jìn)行了研究，主要對(duì)海洋底棲的生物耗氧量進(jìn)行研究。其中氧通量是來(lái)源于丹麥unisense公司開(kāi)發(fā)的渦動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于渦動(dòng)相關(guān)(EC)帶有一個(gè)自動(dòng)著陸器的設(shè)備，可以將設(shè)備部署于海洋底部進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量。通過(guò)測(cè)試O2渦流通量確定了俄勒岡大陸架底棲邊界層的低氧情況，從而證明該地區(qū)區(qū)域出現(xiàn)這樣的原位是因?yàn)閰^(qū)域內(nèi)的局部成巖作用的加強(qiáng)導(dǎo)致的。論文研究中的關(guān)于氧通量的測(cè)試是采用了丹麥Unisense開(kāi)發(fā)的一款基于渦度相關(guān)法開(kāi)發(fā)的一款測(cè)量水土界面氧氣交換通量溫度和電阻率交換通量的儀器----水底渦動(dòng)相關(guān)系統(tǒng)。從論文研究中可以看出，該研究系統(tǒng)技術(shù)不會(huì)擾動(dòng)沉積物、完全考慮了波浪對(duì)沉積物的影響，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)沉積物水動(dòng)力邊界層、海洋大陸架底部區(qū)域等地點(diǎn)的垂直氧氣通量，能夠較為準(zhǔn)確的反應(yīng)界面氧通量，這也說(shuō)明該技術(shù)能夠很好的應(yīng)用于淺河床中、湖泊、各種近岸海洋環(huán)境、深的海岸灣等區(qū)域的氧氣動(dòng)力學(xué)的原位測(cè)試研究。