天文/地理【超级巨制】日本核废水排海如何影响中国海区安全

Gato_Naranja · 2023年08月23日 · 最后由 Gato_Naranja 回复于 2023年08月26日 · 167 次阅读

日本排海核废水的传播方式及其对中国海区安全的影响

太长不看，先说结论；

6. 结论和结语

中国位于福岛核废水排海洋流圈上游，意味着中国海区受到环北太平洋辐射威胁最小了吗？本文打破了常规观洋流论辐射传播的传统论证局限，从所有你能搜到的相关网文都不曾涉及的深度，通过海洋动力学角度验证，驳斥了中国海区所受核辐射污染相较环北太平洋其他地区偏小的传统印象流认知；经过进一步定性分析指出，中国市场海产，尤其是深海海产有可能成为除日本以外辐射威胁最大的地区之一，东南沿海洋面也面临着除日本外海以外全球数一数二的辐射威胁；

基于文章结论，本文草拟了各渔业区与海区的风险系数，该系数评估不仅指示了该区域海水辐射风险，同时也指示了该区域面临的生态威胁。

区域	日本	FAO61	FAO67	白令海	东南沿海	菲律宾	FAO77	FAO71	南海	黄渤海	日本海	FAO57	FAO87	南冰洋
浅水风险系数	7	6.5	6	5.5	4.5	4	5	3	3.5	2.5	2	1.5	1	0.5
深海风险系数	7	6.5	6	5.5	5	4.5	4	3.5	3	2.5	2	1.5	1	0.5

根据风险指数，我们制作了一份《中国常见海产风险威胁指数》，也许对各位爱吃海鲜的 Homelander 来说会有用；指数的计算通过详细考察海产品的分布深度、区域列出表格，进而计算威胁系数；依据先排除偏远进口来源，然后优先考虑从我国水域捕捞原则下的估测威胁指数，最后由高到低排列，从而说明了何种海鲜受到的影响更大，何种海鲜更值得信赖；

浅水	深水	海产品	Aquacultural	日本	FAO61	FAO67	白令海	东南沿海	菲律宾	FAO77	FAO71	南海	黄渤海	日本海	FAO57	FAO87	南冰洋	威胁指数
	d	蓝鳍金枪鱼	Pacific bluefin tuna	日本	FAO61													6.75
s		鲣鱼	Skipjack tuna	日本	FAO61													6.75
s	d	秋刀鱼	Pacific saury	日本	FAO61	FAO67				FAO77								6.50
	d	太平洋比目鱼	Pacific halibut	日本	FAO61	FAO67	白令海											6.25
s		银鳕	Anoplopoma fimbria		FAO61	FAO67	白令海			FAO77								6.00
s	d	太平洋油鲽	Dover sole			FAO67	白令海			FAO77								5.75
	d	美洲美首鲽	Rex sole			FAO67	白令海											5.75
	d	狭鳕	Alaska pollock(=Walleye poll.)				白令海											5.50
	d	阿拉斯加帝王蟹	King crab				白令海										南冰洋	5.50
s		珍宝蟹	Dungeness Crab			FAO67				FAO77								5.50
s		大麻哈鱼	Chum(=Keta=Dog) salmon	日本	FAO61	FAO67	白令海							日本海				5.40
s	d	鲱鱼	Pacific herring	日本	FAO61	FAO67	白令海							日本海				5.40
	d	雪蟹	Snow Crab		FAO61	FAO67								日本海			南冰洋	4.83
s		三疣梭子蟹	Swimming crab	日本				东南沿海			FAO71				FAO57			4.50
s		斑鰶	Dotted gizzard shad					东南沿海										4.50
s		香鱼	Ayu sweetfish					东南沿海										4.50
s		牙鲆	Bastard halibut					东南沿海										4.50
s	d	鲭鱼	Pneumatophorus japonicus	日本	FAO61			东南沿海				南海						4.00
s		海鳗	Daggertooth pike conger					东南沿海				南海						4.00
s		毛虾	Akiami paste shrimp	日本				东南沿海			FAO71	南海	黄渤海					3.50
s		墨吉对虾	Banana prawn									南海						3.50
s		黄泽小沙丁鱼	Bali sardinella									南海						3.50
s		大黄鱼	Large yellow croaker					东南沿海					黄渤海					3.50
s		小黄鱼	Little yellow croaker					东南沿海					黄渤海					3.50
s		蓝点马鲛	Japanese Spanish mackerel	日本				东南沿海				南海	黄渤海	日本海				3.50
s		剥皮鱼		日本	FAO61			东南沿海			FAO71		黄渤海		FAO57			3.50
s		河豚	Pufferfish	日本	FAO61			东南沿海				南海	黄渤海					3.50
s		虱目鱼	Milk Fish	日本	FAO61			东南沿海	菲律宾	FAO77	FAO71	南海	黄渤海	日本海	FAO57			3.50
s	d	蓝枪鱼	Blue marlin	日本	FAO61				菲律宾		FAO71	南海		日本海	FAO57	FAO87		3.25
s	d	太平洋真鳕	Pacific cod		FAO61	FAO67	白令海			FAO77			黄渤海	日本海				2.50
	d	南极大磷虾	Antarctic krill														南冰洋	0.50

这里，s 指浅水海产，d 指深水海产，根据海产品分布的海洋层面以及区域分别乘以对应的系数取平均得到最终的威胁指数；系数的选取是一个经验值，考虑了风生环流层整层海水运动的混合风险；该表清晰地揭示了日本附近海域、鄂霍茨克海、白令海等地区特产海产是日本核废水排海首当其冲的污染体，同时也提示了黄渤海海区海产相对安全的特征；不过要特别留意，该指数的计算方式比较粗糙，不可直接作为断定海产风险的依据，该表仅仅旨在让大家在餐桌前能对各种海鲜有个知根知底的认识，对自己的食品安全得以提供充足的自信；

地球上有了日本这种有小礼而无大义的国家和美国这种自以为是世界警察到处长臂管辖核威慑的政客，真是人类的悲哀；人类终将会怀念那个海洋没有被污染的地球；

Gato_Naranja #1 · 2023年08月23日

1. 引言

本文打破了常规观洋流论辐射传播的传统论证局限，从所有相关网文都不曾涉及的深度，通过海洋动力学角度论证，驳斥了中国沿海洋面所受核辐射污染相较环北太平洋其他地区偏小的传统认知；为了计算本次日本排放核废水的影响程度，我们考虑了风应力强迫的 Sverdrup 理论，指出 Ekman 层以上的风生环流对辐射源起环太平洋运输作用，Ekman 输运对辐射源起负散度源作用，Ekman 层附近的抽吸起到辐射物质的垂直运输作用，在靠近刚体海底考虑 Sverdrup 输运作用。为了简化模型，我们忽略了热盐强迫，认为海洋是热盐均匀的理想模型，因为热盐强迫对正压流的贡献是次要的、选择性的（Pacanowski, 1991）。在最终定性指出此次核废水排放过程以日本周边水域、鄂霍茨克海、北太平洋、白令海、FAO67 等区域受影响最大。在讨论对中国影响时，我们假定了各层以及各区域的系数，至于中国市场水产方面，在考虑成本问题排除偏远进口源地后，优先考虑从我国水域捕捞原则，每一项对应下求均值粗糙估测出了中国常见海产风险威胁指数，同样地，得出以日本域、鄂霍茨克海、白令海等地区水产受影响较大的结论。

Gato_Naranja #2 · 2023年08月23日

2. Ekman 层运动

表层流对放射性物质的传播作用是最直接的，但是只拿表层流作为放射性物质传播估计太过片面。把时间放长远来看，海水最终会下沉、扩散、混合，从而使污染物不按照表层流流向传递。这就涉及到风如何驱动大洋环流以及风应力强迫如何传递到深层海洋的问题。本节会讲到 Ekman 层方程与风海流形成，下节会讲到深层 Ekman 抽吸。

2.1 Ekman 输运及边界条件

定常状态下只有科氏力和垂直湍摩擦力与风应力达到平衡，因此，海水运动遵从 Ekman 方程直接给出 f 的定义：f=2Ωsin⁡(φ)，其中，𝜴=2𝝅/𝒹𝒶𝓎=2𝝅/𝟾𝟼𝟷𝟼𝟶s=7.293×10⁻⁵sec⁻¹，𝝋是纬度，有解示垂直湍粘性系数。对于压力不可忽略的理想海洋有两个重要方程，即流速变化率与压力的反比关系与无穷深流速为 0：得到边界条件的解。由公式（3）和公式（4）可直接得到 Ekman 螺旋的定义，如图 1 所示。

Gato_Naranja #3 · 2023年08月23日

2.2 Ekman 抽吸

Ekman 输运对北太平洋环流最直接的作用就是拉长或压缩了北太平洋水柱，我们把洋流视为把 Ekman 层垂直积分，能够求出 Ekman 输送速率，有 U_E 同理。由定常流方程，有

由此，我们确定了 Ekman 抽吸的数值大小，意味着中纬度太平洋海水辐合下沉，拉长了水柱长度，低纬度和高纬度海水则辐散上升，压缩了水柱长度，北太平洋的风强迫响应如图 2 所示。这样的海水运动进一步为 Sverdrup 输运提供了动力。2004 年，Stewart 给出了典型的 Ekman 层深度，如图 3 所示，这为我们后续确定海产分布海层提供了依据。

Gato_Naranja #4 · 2023年08月23日

3. Sverdrup 输运

对于刚体海床，意味着柱状流体的上升和下沉从这里终止，因此，流体在海床与在海表完全相反，这里上升流体水柱拉长，进行辐合，下沉流体水柱压缩，进行辐散。根据位涡守恒，行星涡度必须与相对涡度平衡，于是可以列出方程然而大尺度运动相对涡度远远小于行星涡度，相对涡度忽略不计，得到对 Ekman 层以下进行深度积分，得到地转经向输送：可是，公式（13）仍然不够方便，不能直观地描述τ的旋度与 Sverdrup 输送的关系。我们稍微修简，得到绘制出图 4，展示了风应力旋度与风应力的结果场，以及图 5，Sverdrup 输运的数值大小。

Gato_Naranja #5 · 2023年08月23日

4. Stommel 西向强化

前文在 Ekman 输运那一节提到，中纬度输运的结果是拉长了柱状流体，由于流体遵循位涡守恒，因此可以列出方程在均匀水深的海洋中，在西（东）边界，当一团原本并未转动的海水向北（南）移动时，因行星涡度𝒇增大（减小），海水必须形成负（正）相对涡度𝜻去抵消（补偿），因此海水逐渐呈现顺（逆）时针旋转。考虑一支向北（南）运动的洋流，其右（左）侧部份海水因旋转所产生的流速与其整体运动方向相同（相反），故愈往北（南）移其左（右）侧流速将得到加强（相对削弱），从而形成西向强化（东向强化不会发生）。在北太平洋地区，黑潮（图 3）是区域最强洋流，该洋流为之后讨论的表层辐射物扩散提供理论基础。

Gato_Naranja #6 · 2023年08月23日

5. 洋流作用与辐射扩散

综合我们已经讨论过的洋流作用，代入到福岛核废水排海事件中，包括 Ekman 输运、Ekman 抽吸、Sverdrup 输运、西向强化都会为辐射扩散和传播带来不同的作用。首先，我们根据图 3，定义 100-200m 为 Ekman 层深度，这对后文确定海产分布海层的调查有重要意义，不同的海层对应不同的海洋作用。

5.1 冬季东亚大陆外海冷平流

我们还有一个表层流的作用没有提到，日本排放核废水确定在 8 月 24 日的夏末阶段，意味着 3 个月后东亚大槽发展，东亚大陆架洋流反转，此时中国沿海洋流方向由大陆冷高压外沿东北风确定为自北向南。津轻海峡，宗谷海峡等以及日本暖流本体均有黑潮泄露风险，加上千岛寒流实力大大增强，此时辐射扩散威胁程度将大大超过夏季。

5.2 生态威胁

核废水的排放首先污染了 38°N 附近的表层海水，经过黑潮、北太平洋暖流很容易扩散到鄂霍茨克海、白令海、阿拉斯加等地，这些地区是处日本外海外污染最严重的地方。接下来的事情将会更加复杂。表层洋流能够继续影响联合国食物及农业组织（Food and Agricultural Organization of the United Nation，以下简称 FAO）77 号渔业区（简称 FAO77，下同），而同时由于 Ekman 抽吸作用海水下沉，经 Sverdrup 输运转而影响中纬度北太平洋深海海区，随后继续影响 FAO61、FAO71 等深海海区，使得菲律宾外海、印尼群岛等该区域深海特产海产诸如蓝鳍金枪鱼受到明显影响，该区域也面临强烈的生态威胁，中国东南沿海和南海也会少量涉及。不过，南海由于有台湾岛、菲律宾群岛等保护作用，加之南海平均深度不深，台湾海峡以及巴士海峡等入口也不深，影响明显轻得多。浅层作用下，东南沿海及南海就没有那么幸运了，尽管有黑潮和第一岛链保护，难免会出现黑潮泄露，入冬以后，中国外海平流反转，自北向南流入南海，而津轻海峡，宗谷海峡、黑潮本体等都是泄露入口之一。相对来说，黄渤海除了自然扩散作用和极其轻微的泄露外则要等到来年夏季东亚大陆架洋流再次翻转风险才会些微升高。

北太平洋以外的区域，由于在 Ekman 抽吸作用下南北赤道上升流的保护作用，迂回之下相较安全，即便污染物能够度过赤道，深海 Sverdrup 输运也会向北阻截污染物继续扩散，污染物进入珊瑚海最好的方式是通过表层洋流影响浅水生态，而污染物继续沿着洋流到达南冰洋或南美洲西岸，影响作用就更加微弱了；FAO57 深海虽然也受到 Sverdrup 输运影响，但其有海洋性大陆保护以及位置偏远，影响程度一般不大。

图 7 FAO 渔业区代码