在降雨量极少的条件下日本琵琶湖北湖主要环境因子的动态变化和机理的研究(Ⅰ)(英文)

琵琶湖是日本第一大淡水湖,20世纪60年代以来,由于经济的发展,湖水水质逐步变坏。1977年湖的北部出现赤潮,1 983年湖的南部出现了湖泊富营养化的产物微囊藻。多年来,在深水区湖水温度分层情况下,叶绿素α或浮游植物主要分布在湖的表层。但在1 994年夏季降雨量极少的情况下,在深水区叶绿素α或浮游植物主要分布在温跃层的附近,这种现象在琵琶湖是罕见的。分析发现叶绿素的峰值在湖水温度分层时出现在温跃层的上部,而且底边界层同时出现了低溶氧和高浊度的现象。叶绿素α和溶氧、浊度的对应关系表明温跃层是一光合成活跃的区间。本文通过流体力学方程计算,结果表明随着温度的降低,粘滞力就会增加,在温跃层出现了随水深增加,粘滞力急剧增大的情况。由此可见颗粒物在温跃层顶的上部沉降速度比温跃层内快,因此颗粒物高浓度出现在温跃层内。计算结果同时发现,在水深10～20 m(对应于温跃层),分子扩散系数最小,一旦颗粒物进入这一区间就不易扩散出去。由于温跃层是一分子扩散系数小、粘滞力高的区间,所以温跃层是颗粒物和营养盐的富集区,出现了藻类和叶绿素浓度的峰值。

在降雨量极少的条件下日本琵琶湖的环境因子的分布(英文)

琵琶湖是日本第一大淡水湖,20世纪60年代以来,由于经济的发展,湖水水质逐步变坏。1977年湖的北部出现赤潮,1983年湖的南部出现了湖泊富营养化的产物微囊藻。多年来,在深水区湖水温度分层情况下,叶绿素a或浮游植物主要分布在湖的表层(Tezuka,1984)。但在1994年夏季,降雨量极少的情况下,在深水区叶绿素a或浮游植物主要分布在温跃层附近,这种现象在琵琶湖是罕见的(Nakanishi,1995)。最近,琵琶湖北湖的藻类爆发显著增加了溶氧的消耗,导致了湖底层溶氧的减少。如果湖底层溶氧持续减少,底泥储存的磷就会释放到湖水中,从而加快湖泊富营养化的进程。本文分析了琵琶湖南北10个点1994年4月至1995年3月每月1次的常规观测资料,深入剖析了全湖物理化学参数的时空分布,不仅发现叶绿素的峰值在湖水温度分层时出现在温跃层的上部,而且湖底边界层同时出现了低溶氧和高浊度的现象。分析认为绿素a和溶氧、浊度的对应关系表明温跃层是一光合成活跃的区间。

大气边界层对日本琵琶湖物理过程的影响

本文建立了一个大气，水耦合数值模型来研究琵琶湖的环流机制，模拟计算结果表明：１）在湖面上存在一个正的风涡度场以及白天的正散度场，晚上的负散度场，在温度分层的季节里，这一特殊的琵琶湖流流域大气边界层可以产生并维持北湖一稳定，强度较弱的气旋式环流。２）当考虑大气边界层的不均匀风场的影响时，湖中形成的环流比均匀风场驱动形成的环流比均匀风场驱动形成的环流更加稳定且维持时间更长．

日本琵琶湖中内波的垂直构造

在实施一个大型国际合作项目（ＢＩＴＥＸ ’９３）期间，作者在琵琶湖进行了一个大规模的内波野外观测．９台垂直系留的湖流观测及其旋转谱分析的结果表明：除了众所周知的开尔文波以外，在表层有风的日变化造成的周期为２４ｈ的顺时针旋转的强迫振荡，在温跃层，Ｐｏｉｎｃａｒｅ波的第一调式（ｍｏｄｅ）占主导地位．Ｐｏｉｎｃａｒｅ波使温跃层附近的湖流以周期１６－１８ｈ顺时针旋转，在底层。

湖区风环流对湖泊环流影响的探讨和数值模拟

本文对北半球大湖中普遍存在的大规模反时针环流的形成,提出了一种物理解释,认为大气在经过湖体时的地转适应过程产生了一个有利于这种环流形成的附加风场。这种环流的强度在一年四季中是变化的,夏季最强,冬季最弱。在此理论的基础上建立了一个三维非线性水动力学数学模型。数值试验表明,风场的有旋性对这种环流的形成起了决定性的作用。计算得到的环流形态基本上与实测结果相吻合。