微专题：“上升流”与海洋人工上升流

上升流

因表层流体的水平辐 散，导致表层以下的海水铅直上升以补充的流动。它的发生与风有着密切的关系。在北半球，当风沿着与海岸(位于风向的左侧)平行的方向较长时间地吹刮时，在地转偏向力的作用下，风所形成的风漂流运动使表层海水离开海岸，造成海水辐散，引起近岸的下层海水上升，形成了上升流。

上升流的分布

在南半球，如果海岸位于风向之右，平行海岸吹刮的风也会产生类似情况。世界大洋中著名上升流区有北太平洋俄勒冈沿岸上升流、南太平洋秘鲁沿岸上升流、印度洋索马里沿岸上升流等。中国近海著名的上升流区有东海舟山沿岸上升流和海南省东部琼东上升流区等。由于风的作用往往是导致上升流出现的主要动力因子，因此上升流具有明显的季节变化。

全球上升流的分布

人工上升流

人工上升流是指通过放置人工系统，形成自海底到海面的海水流动，即人为引发的上升流现象。自然上升流虽好，但通常只能在特定的地区和季节形成，有显著的局限性。人工上升流利用工程手段实现海水的垂直流动，在一定程度上弥补了自然上升流的缺点。

人工上升流的作用

（1）降低富营养化风险

人工上升流能将底层海水中积蓄的营养盐有序地释放到表层，并通过藻类和浮游植物的光合作用加以吸收，从而减少水底沉积物中营养盐的富集，降低赤潮等富营养化灾害的风险。

（2）增加海域碳汇

人工上升流通过促进表层藻类和浮游植物生长，能够加快对水体中的溶解无机碳（DIC, dissolved inorganic carbon）的吸收，从而增加水体对大气二氧化碳的吸收能力，帮助减少大气中温室气体的含量。

（3）缓解底层水体缺氧

在无风的夏季，部分海水流动较弱的海域容易发生海水分层，出现底层水体缺氧的现象，引起底栖生物死亡。人工上升流有加速海水混合的作用，通过提升底层低氧水体，引起周围含氧量相对较高的水团流入缺氧区进行补充，从而缓解缺氧现象。

如何实现人工上升流

人工上升流的实现方法很多，根据实现原理，可以分为人造山脉式，机械泵式，盐泉式，波流泵式以及气力提升式等。

（1）人造山脉式人工上升流

自然界中，地形变化是产生上升流的原因之一，例如海底隆起的海山。借鉴这一思路，前人提出过通过改变海底地形制造人工上升流的技术方法。这类技术的原理是在近岸较深水域投放大型砖块等材料，形成人造海底山脉。当水平方向的海流遇到人工海底山脉时，会因流动受阻而产生沿人造山脉向上的流动，从而产生人工上升流。。

（2）机械泵式人工上升流

机械泵式人工上升流技术，即用电能驱动机械泵将深层水抽吸至表层，是一种传统的人工上升流技术。日本学者率先提出采用大型海洋平台方案，以水泵抽水的方式实现海底营养盐的提升，并将其称之为“拓海（TAKUMI）”装备。

图1. 日本“拓海”人工上升流系统

（3）盐泉式人工上升流

盐泉式人工上升流技术，是一种用盐差能来驱动上升流的技术。在许多热带和亚热带海域，表层海水的盐度和温度均高于深层海水，且由温差引起的海水密度变化要远大于盐差，这便造成了海水的稳定分层现象。若用一根足够长的立管将表层与深层海水相连，并设法将低温低盐的深海水输运至表面，为盐泉式上升流提供初始动力，则等到管中充满低盐深海水，且其温度在热传递作用下基本与管外海水温度的铅直分布吻合时，管内的低密度海水会在浮力作用下源源不断地从管口涌出，形成持续的上升流。

图2. 盐泉式上升流原理

（4） 波流泵式人工上升流

波流泵式人工上升流技术，即用波浪能或洋流能来驱动上升流的一种技术。美国夏威夷大学的Clark Liu等人研制了一种波浪能上升流装置。其结构为一个4米直径的大型浮体下端垂直安装了一根直径为1.2米，长度为300米的长管，并在长管中安装了单向阀。其基本工作原理为浮筒随波浪垂直向上运动时，阀关闭，浮筒随波浪垂直向下运动时阀打开，如此循环从而将深层海水提升到表层。

图3. 波浪泵式上升流系统

（5） 气力提升式人工上升流

气力提升式上升流技术利用气泵将空气注入深层海水中形成气泡幕。随着气泡幕上升，周围的海水会被卷夹并一同携带到上层。气力提升式人工上升流又可分为气幕式和气举式人工上升流两种类型，分别对应浅海与深海应用环境，其主要的区别在于上升流系统中是否用到涌升管。

图4. 气举式人工上升流系统

地理试题中的上升流

（2019安徽合肥二检）下图示意某年6月琼东沿岸某地理事物分布(图甲)和海水表层等温线(单位：℃)分布(图乙)。读图，回答1～3题。

1.此时琼东沿岸的盛行风是(　　)

A．东北风   B．东南风

C．西南风   D．西北风

2.根据图乙推断图甲所示地理事物最可能是(　　)

A．浮游生物   B．降水总量

C．光照资源   D．风能资源

3.与图甲所示地理事物时空分布最相似的海区是(　　)

A．澳大利亚西部沿岸

B．秘鲁西部沿岸

C．索马里东部沿岸

D．美国东部沿岸

【答案解析】1.C　2.A　3.C　

解析：第17题，琼东地区属于热带季风气候，6月份盛行西南季风，故C项正确；琼东地区冬季盛行东北风，故A项错误；东南风和西北风是我国亚热带季风气候区和温带季风气候区的盛行风向，故B项和D项错误。第18题，由图中信息可知，图甲所代表的地理事物与表层海水等温线的分布密切相关，其中降水总量、光照资源与风能资源的分布与表层海水等温线分布无直接关系，而海洋中的浮游生物受海水温度影响较大，故A项正确，B、C、D项错误。第19题，琼东沿岸浮游生物的分布受海水温度影响较大，而海水温度又受季风影响较大，冬季和夏季变化明显。澳大利亚西部沿岸位于热带地区，常年受寒流影响，水温较低且季节变化小，故A项错误；秘鲁西部沿岸位于热带地区，除了厄尔尼诺发生年份外，主要受离岸风和秘鲁寒流的影响，水温的季节变化也较小，故B项错误；索马里东部沿岸夏季受索马里寒流的影响水温低，冬季受索马里暖流的影响水温较高，与琼东沿岸水温变化相似，故C项正确；美国东部沿岸常年受墨西哥湾暖流的影响，水温季节变化小，故D项错误。

4.阅读图文材料，完成下列要求。（20分）

西南季风和沿岸海底地形是影响粤东至闽南沿岸夏季上升流的重要因素。研究发现，夏季珠江径流对东经116°以西的上升流有明显的抑制作用。图9示意粤闽沿海部分海底地形。

（1）分析甲处上升流的形成机制。（8分）

（2）指出上升流发生时，甲、乙两处表层海水温度和密度的差异，并分析原因。（6分）

（3）说明夏季珠江径流对丙处上升流有明显抑制作用的原因。（6分）

答案：

(1)西南季风在甲处是离岸风(2分)，使表层海水偏离海岸，形成离岸流（2分）表层水减少，带动底层海水上泛(2分);外海底层海水向岸运动。在甲处沿海底地形爬升，海上下涌(2分)。
(2)差异:与乙处相比，甲处表层海水温度较低（2分）密度较大（2分)。
原因:甲处表层海水来自底层海水的上涌(2分)。
(3)夏季珠江径流量大(2分)，在西南季风和海水运动的共同作用下，珠江水向东扩展到丙处表层(2分)，珠江水较底层海水密度小(盐度低)，海水层结稳定(2分)，海水上升不明显。

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