近年來(lái)渦動(dòng)相關(guān)理論得到了廣泛的應用，渦動(dòng)系統作為一種有效的測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）在水產(chǎn)方面的應用越來(lái)越多，渦動(dòng)系統的具有在自然光和水動(dòng)力條件下實(shí)現相關(guān)數據測量，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)，現在已經(jīng)有很多報道是基于渦動(dòng)系統對包括淺河床中、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)系統對位于俄勒岡州44.7°N和43.9°N之間的80米水深大陸架的區域的三個(gè)區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坐標的方法研究其對渦動(dòng)相關(guān)（ET）通量的影響。

Unisense水底渦動(dòng)微電極研究系統的應用

應用unisense的水底渦動(dòng)微電極研究系統結合（BOXER）著(zhù)陸器對俄亥岡州海洋大陸架海洋底棲區域的生物耗氧量進(jìn)行了相關(guān)研究，其中的氧通量數據來(lái)源于帶有一個(gè)自動(dòng)著(zhù)陸器的設備的渦動(dòng)系統(EC)，這套設備帶有渦輪轉動(dòng)系統（unisense），可用于測量測量水土界面氧氣交換通量、用于連續監測沉積物水動(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)行連續跟蹤測試時(shí)，所使用的氧氣微電極的響應時(shí)間為都小于等于0.4s，該微電極響應時(shí)間較快。

實(shí)驗結果

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）設備和一個(gè)新的著(zhù)陸器設備的(BOXER)結合，通過(guò)船將設備部署船用于海洋大陸架，用于海洋大陸架底部環(huán)境調查。2009年6月，當著(zhù)陸器設備從俄勒岡州中部區域進(jìn)入到水底80米深度處，表面波(峰值期為T(mén)P16秒)對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，因此測量到的變化主要是渦流造成的。采用三種消除趨勢方法(線(xiàn)性、居中移動(dòng)平均數、低通頻率濾波器)進(jìn)行比較，當數據突發(fā)持續時(shí)間類(lèi)似于重要的非湍流運動(dòng)例如內部波，得出采用線(xiàn)性去趨勢方法是有效率的。但是如果今后的研究中收集的是較長(cháng)的數據突發(fā)或連續記錄時(shí)，低頻濾波器設置為消除長(cháng)期波動(dòng)將具有在更精確地定義包含在EC（渦動(dòng)）系統中的動(dòng)態(tài)過(guò)程中的頻率方面的優(yōu)勢。此外，壓力變化記錄結果有利于確定坐標旋轉角度，盡量減少垂直速度分量與波的水平分量的污染。測定的渦動(dòng)（EC）O2通量范圍在3~10 mmol m-2 d-1，底棲室的O2通量的測量一式兩份，分布在兩個(gè)區域之間，測試的通量值為4~8 m-2 d-1。所有的氧通量值都太低，這意味著(zhù)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導致的。然而局部損耗率可能對一系列的局部變量很敏感，例如水的深度、內部混合動(dòng)力學(xué)，底部水域的O2，泥沙滲透率，波紋系數、沉積物的有機質(zhì)含量。

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

圖2、使用渦動(dòng)系統測試的俄亥俄岡大陸橋區域不同區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)百分比傳輸對比情況。

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

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

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

結論與展望

本論文主要就對位于美國俄勒岡州44.7°N和43.9°N之間的80米水深大陸架下三個(gè)區域位置的底棲邊界層的氧通量進(jìn)行了研究，主要對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，該系統是基于渦動(dòng)相關(guān)(EC)帶有一個(gè)自動(dòng)著(zhù)陸器的設備，可以將設備部署于海洋底部進(jìn)行了長(cháng)時(shí)間的測量。通過(guò)測試O2渦流通量確定了俄勒岡大陸架底棲邊界層的低氧情況，從而證明該地區區域出現這樣的原位是因為區域內的局部成巖作用的加強導致的。論文研究中的關(guān)于氧通量的測試是采用了丹麥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。從論文研究中可以看出，該研究系統技術(shù)不會(huì )擾動(dòng)沉積物、完全考慮了波浪對沉積物的影響，可以連續監測沉積物水動(dòng)力邊界層、海洋大陸架底部區域等地點(diǎn)的垂直氧氣通量，能夠較為準確的反應界面氧通量，這也說(shuō)明該技術(shù)能夠很好的應用于淺河床中、湖泊、各種近岸海洋環(huán)境、深的海岸灣等區域的氧氣動(dòng)力學(xué)的原位測試研究。