人工上升流工程對海域吸收或釋放大氣CO2的作用研究

《人工上升流工程對海域吸收或釋放大氣CO2的作用研究》是依託浙江大學，由潘依雯擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：人工上升流工程對海域吸收或釋放大氣CO2的作用研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：潘依雯
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

人工上升流技術作為一種改善海洋環境、降低大氣溫室氣體的可能解決方案，受到越來越多國家的重視。據文獻報導，人工上升流工程影響下海洋年吸收大氣CO2的速率理論上可達0.9PgC，相當于海洋年吸收CO2量的一半。然而，從作用機制分析，人工上升流工程對海域碳循環的影回響存在生物吸收和物理混合釋放兩個相反方向的機制。因此，在缺乏實測碳酸鹽參數的情況下，人工上升流工程對樣本海域吸收或釋放大氣CO2的作用尚不可預測。基於本單位正在實施的人工上升流工程研究，本項目旨在通過搭載觀測系統，研究人工上升流工程實施前後海域碳酸鹽及相關參數的變化，建立海域在物理混合放碳和生物吸碳共同作用下的淨效應ΔfCO2net模型，闡明人工上升流工程對海域吸收或釋放CO2的作用，提出了一套估算人工上升流工程在影響海域碳循環作用的方法。

結題摘要

人工上升流技術是一種通過工程手段改善海洋環境、降低大氣溫室氣體濃度等的可能解決方案。從人工上升流工程對海域吸收或釋放大氣CO2的作用機制來看，存在生物吸收和物理混合釋放兩個相反方向的作用機制。本項目在通過對樣本海域碳酸鹽系統進行理論分析，結合羽流的計算仿真、實驗室實驗與海試觀測，研究人工上升流工程實施前後樣本海域碳酸鹽參數的變化規律，建立模型。基於流體力學原理，項目對人工上升流噴出管口後的流動軌跡以及羽流的濃度組成進行了公式推導及數值仿真和實驗室水缸測試，結果顯示當深層海水被提升到表層後離開噴口與周圍低密度海水進行了迅速的湍流混合作用，因此它的運動軌跡不僅與當地當時的海域的海流速度相關，它的運動軌跡與一系列人工上升流的工程參數設計，包括噴口的高度、噴口的設計、管子的粗細以及提升深層水的流量，以都有著密切的關係。實驗室測試獲得的結果基本與模擬仿真結果的情況類似。基於這個重要的研究結論，根據14個站位的碳酸鹽及相關參數的剖面數據，進行了海域在人工上升流影響下的碳源碳匯的仿真計算。仿真結果說明局部海域的碳源碳匯不僅與人工上升流實施的海域、實施季節相關，同時也受到人工上升流工程參數設定的影響。進一步加入對提升不同的深水到不同的高度釋放過程中所需要消耗的能量參數，仿真發現從能量的角度考慮，提升較淺的深層水能實現較大的單位能耗固碳率。在東極島的海試中，感測器鏈證實了溫躍層以下的深層水被提升到溫躍層以上，並形成穩定的羽流層。項目從仿真到實驗室測試到海試的過程，證實了人工上升流可形成與工程參數、實施海域和季節相關的穩定的羽流層，並揭示了人工上升流的碳源碳匯效應與以上參數密切相關。 本項目共發表標註的SCI論文3篇，1篇SCI論文被“sensors and Actuators B接受。由於編輯遺漏，未標註SCI論文1篇。按中科院評價體系劃分，共發表2區文章3篇，3區文章1篇（未標註），被接受的1篇文章為1區。項目製備的電極獲省部級二等獎2項。項目申報並獲批了3個實用專利，9個國家發明專利處於公開審核過程中。