东海及长江口微塑料污染数值模拟研究

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随着全球塑料产量呈现不断递增的趋势,越来越多的塑料垃圾也通过河流进入海洋。这些塑料垃圾在进入海洋后会伴随着复杂的物理化学变化而降解成微塑料碎片。微塑料已经被认为是一种存在于各种环境中的新型污染物,进入水生环境的微塑料会漂浮或悬浮甚至沉积在海洋中,在海洋各分层广泛存在,并且高浓度的微塑料已被证明对水生生物具有危害,这对河流以及海洋生态系统造成了巨大威胁。长江已被公认为全球最大的污染物排放源,大量的塑料垃圾通过长江沿岸的工业园区以及污水处理厂排放入东海。这些微塑料垃圾在东海的复杂的水动力因素混合作用下呈现出不同的空间分布规律,因此研究从长江排放到东海的微塑料颗粒并建立输运数值模型对海洋的污染物环境治理能提供理论参考和依据。本文基于SCHISM海洋模式建立了从长江入海口流域到东海海域的三维水动力模型,考虑了入海径流、风速、潮汐以及洋流等水动力因素的影响。通过与实测的温度、盐度、潮汐和潮流数据与水动力模拟结果进行对比验证。结果表明该海洋模型的精度复合要求,可以很好的捕捉研究区域的三维水动力特性,为微塑料输运扩散模型提供了基础水动力场。本文通过结合拉格朗日粒子跟踪法对从长江入海口流域释放的微塑料粒子进行跟踪,探究其在东海中的丰度空间分布,并于实际观测东海表层水体的丰度数据进行验证。通过反向粒子追踪找到了潜在的污染源,从而在长江口、杭州湾和南通沿岸设置微塑料颗粒释放点源,并与观测数据进行了比较验证。在微塑料污染模型正确的基础上,对不同季节的释放的漂浮微塑料颗粒进入东海的分布特征和输运规律进行了预测。结果表明,东海中微塑料颗粒的分布格局存在明显的季节差异,大量的微塑料会积聚舟山渔场中,可能对其海域的水生生物产生一定的负面影响。本文还按照微塑料独特的自身物理特性对应不同的沉降速度分为漂浮微塑料和悬浮微塑料,研究了不同沉降速度下微塑料的季节分布和微塑料在长江入海口流域中的垂直分布,结果表明:沉降速度越大的微塑料更容易沉积在东海近岸水域,并证实了并非所有来自长江口的塑料颗粒都可以转移到海洋中,而是沉积在河床底部。这项研究为更全面地评估微塑料从河口到外海的运输提供了线索。
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