近年來渦動相關理論得到了廣泛的應用，渦動系統(tǒng)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，O2渦流通量的協(xié)方差計算是O2和垂直的高分辨率波動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，EC（渦動系統(tǒng)）在水產方面的應用越來越多，渦動系統(tǒng)的具有在自然光和水動力條件下實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)測量，沉積物不封閉或不受干擾，來源于沉積物通量可以反映底棲生物O2交換過程的發(fā)生等優(yōu)點，現(xiàn)在已經有很多報道是基于渦動系統(tǒng)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(qū)域的氧氣動力學的相關研究。

本論文的研究人員采用渦動系統(tǒng)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(qū)域的三個區(qū)域位置的底棲生物氧通量進行了研究，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相關（ET）通量的影響。

Unisense水底渦動微電極研究系統(tǒng)的應用

應用unisense的水底渦動微電極研究系統(tǒng)結合（BOXER）著陸器對俄亥岡州海洋大陸架海洋底棲區(qū)域的生物耗氧量進行了相關研究，其中的氧通量數(shù)據(jù)來源于帶有一個自動著陸器的設備的渦動系統(tǒng)(EC)，這套設備帶有渦輪轉動系統(tǒng)（unisense），可用于測量測量水土界面氧氣交換通量、用于連續(xù)監(jiān)測沉積物水動力邊界層、海草床、泥沙河床等地點的垂直氧氣通量的變化情況，進行連續(xù)跟蹤測試時，所使用的氧氣微電極的響應時間為都小于等于0.4s，該微電極響應時間較快。

實驗結果

本研究提供關于沉積物耗氧速率，使用了渦動（unisense渦動系統(tǒng)）設備和一個新的著陸器設備的(BOXER)結合，通過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，當著陸器設備從俄勒岡州中部區(qū)域進入到水底80米深度處，表面波(峰值期為TP16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(線性、居中移動平均數(shù)、低通頻率濾波器)進行比較，當數(shù)據(jù)突發(fā)持續(xù)時間類似于重要的非湍流運動例如內部波，得出采用線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的數(shù)據(jù)突發(fā)或連續(xù)記錄時，低頻濾波器設置為消除長期波動將具有在更精確地定義包含在EC（渦動）系統(tǒng)中的動態(tài)過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（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，分布在兩個區(qū)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，這意味著在過去十年中，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、內部混合動力學，底部水域的O2，泥沙滲透率，波紋系數(shù)、沉積物的有機質含量。

圖1、BOXER著陸器及渦動系統(tǒng)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、使用渦動系統(tǒng)測試的俄亥俄岡大陸橋區(qū)域不同區(qū)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)表示的是從三個研究地點百分比傳輸對比情況。

圖3、典型的高頻率（16HZ）的渦度數(shù)據(jù)圖其中圖1、2、3分別表示的是NH站、SH站、HH站區(qū)域的EC相關數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

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

圖5、(a)6月份在NH區(qū)域位置的沉積物的原位測試的O2濃度剖面；(b)8月NH區(qū)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(qū)域位置的沉積物的原位測試SH區(qū)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區(qū)域位置的底棲邊界層的氧通量進行了研究，主要對海洋底棲的生物耗氧量進行研究。其中氧通量是來源于丹麥unisense公司開發(fā)的渦動系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于渦動相關(EC)帶有一個自動著陸器的設備，可以將設備部署于海洋底部進行了長時間的測量。通過測試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(qū)區(qū)域出現(xiàn)這樣的原位是因為區(qū)域內的局部成巖作用的加強導致的。論文研究中的關于氧通量的測試是采用了丹麥Unisense開發(fā)的一款基于渦度相關法開發(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----水底渦動相關系統(tǒng)。從論文研究中可以看出，該研究系統(tǒng)技術不會擾動沉積物、完全考慮了波浪對沉積物的影響，可以連續(xù)監(jiān)測沉積物水動力邊界層、海洋大陸架底部區(qū)域等地點的垂直氧氣通量，能夠較為準確的反應界面氧通量，這也說明該技術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(qū)域的氧氣動力學的原位測試研究。