近年来风速下降对浅水湖泊底泥营养盐循环的影响文献综述

1.研究的问题与内容

本文重点关注由于气候变化造成近地面风速下降对浅水湖泊生态系统可能的影响。首先基于历史观测资料分析历史、当前和未来的太湖水体受风浪扰动的情况，然后重点针对不同风浪扰动频率、扰动持续时间下水柱中氮磷的迁移转化规律及其机理开展室内模拟研究。同时，针对氮磷地球化学循环的差异，探讨扰动时间间隔造成水体及泥水界面兼性缺/厌氧的差异，从而分析不同扰动情境下氮迁移转化与磷的异同。

2.国内外研究发展

2.1近年来全球范围内风速下降的现象

最近研究发现当前全球气候变化的一个显著特征是全球范围近地面风速下降。北美、中国^[1]、欧洲^[2]、澳大利亚^[3]等地区均有风速下降的报道。IPCC第五次评估报告(AR5)和可再生能源与减缓气候变化特别报告(SRREN)对近年来对风速和风能资源变化评估、研究的主要成果也显示：全球中低纬度陆地近地面平均风速有减小的趋势，大风日数亦呈减小趋势，即大区域和全球陆地上近地表平均风速存在长期减弱趋势^[4]。

国内的研究也表明，近地表和高空风速在我国大部分地区为减小趋势^[5-8]；1969年至2000年间中国近地面风速下降了28%^[9]。中国气象局风能太阳能资源评估中心的一项名为近50年来中国风速变化及其可能原因的研究发现，近50年来，除河套至云南、广西等风能资源相对匮乏的地区外，中国大部分地区平均每10a减少0.12m/s，最大风速每10a降低0.46m/s，大风日数每10a减少3d^[10]。同样，关于我国季风区1969年-2005年652站近地表风速的研究表明^[11]，在研究期内大部分地区风速有所降低，年平均风速降低0.018m/s，季平均风速降低速度有所不同，最大的是春季，平均每年减少0.021m/s，最小的是夏季，平均每年降低0.015m/s。这些变化都表明，风速的变化呈现降低的趋势，主要是大风日数在减少。

根据周杰^[12]等人统计的关于太湖流域1961年-2006年年平均风速资料显示：多年平均风速为2.99m/s，风速减小趋势较为明显，平均每年减少0.030m/s，高于全国平均水平。太湖周边站1961年-2006年的日均风速资料统计表明：多年平均月风速在5-9月期间基本小于3.1m/s，且年际呈下降趋势^[12]。春、夏、秋、冬各季平均风速下降明显。春季每年下降0.032m/s,夏季每年下降0.023m/s,秋季每年下降0.029m/s，冬季每年下降0.034m/s。

2.2风浪扰动对于浅水湖泊氮磷营养盐循环的影响。

相比于深水湖泊，浅水湖泊单位体积的湖水具有的水土接触面大,风浪等水动力作用更频繁地扰动湖底沉积物,水体的光透层深度与最大水深的比值也更小,因此,浅水湖泊中水体和沉积物的营养盐交换更为频繁,沉积物对水体营养盐浓度的缓冲作用也更强^[13]。因此底泥不断受到风浪扰动导致沉积物大量悬浮是浅水湖泊的一个重要特征。秦伯强等^[14]从湖流和波浪引起的底泥侵蚀及野外观测结果角度分析,认为风速大于6.5m/s以上,沉积物将发生大规模悬浮。太湖是一个典型的大型浅水湖泊,平均水深不足2m，最大水深不足3m，且每年会有1/3的时间因风浪发生底泥悬浮(以天计)。由于水土界面不断地受到破坏,氧化还原环境在这种动力扰动下处于不断转换中，并成为底泥营养盐释放的主要驱动力之一,半天的强风浪扰动可导致水体营养盐浓度增高近1倍^[15]。室内模拟试验也表明,扰动作用可以引起上覆水营养盐浓度增加数倍^[16-17],因此,风浪扰动在浅水湖泊营养盐的生物地球化学循环中扮演着重要的角色。