黄海冷水团新生产力及微食物环作用年变化特征的模拟分析
黄海冷水团是我国陆架浅海上一个重要的海洋现象，一直倍受我国物理海洋学家关注。近年来对黄海冷水团水域的物理及生物化学特性的研究受到了周边国家的重视并取得了重要进展，但是生态动力学方面的数值研究仍很缺乏。本文的主要研究目标是对已经建立的黄海冷水团水域水层—底栖耦合生态系统垂直一维模型进行改进及参数优化，对该海区浮游生态系统基本生态变量垂向结构的季节变化特征、物流能流结构特征进行模拟分析，并着重对初级生产力、新生产力以及浮游生态效率和微食物环的贡献等问题进行比较详细的动力学研究，以增进对黄海生态动力学的深入理解。
首先根据黄、东海生态综合调查资料和前人的研究成果，分析了黄海冷水团水域水层生态系统的基本特征。然后根据2003年9月黄、东海海面太阳辐射的观测资料，验证了应用Dobson&Smith模型计算海面太阳辐射和构造辐射场的可行性，为缺乏海面太阳辐射实测资料的海洋生态系统模拟提供了有力保证。接下来对生源要素的模拟结果进行了分析，并着重对黄海冷水团的初级生产力、新生产力进行了分析研究。本文的最后一部分针对模拟区域初级生产力低下而浮游生态效率却比较高的问题进行分析，说明了微食物环在浮游动物的生产过程中所扮演的举足轻重的角色。
研究采用的模型共分为水层和底栖生态系统两部分，并考虑了二者之间的耦合。模型采用箱式模型，将模拟区域水层根据温跃层与真光层位置由上而下分为三个箱子。三个箱子都包含了水层生态亚模型，它主要考虑了浮游植物(P)、浮游动物(Z)、颗粒有机物(POC)、溶解有机物(DOC)、总无机氮(TIN)、总无机磷(TIP)和溶解氧(DO)7个生态变量；底层箱子还考虑了底栖生态亚模型，其中包含大型底栖生物(MacroB)、小型底栖生物(MeioB)、底栖细菌(Bbac)、沉积物有机碎屑(Det)、间隙水中的总无机氮(BTIN)和总无机磷(BTIP)6个生态变量。水层和底栖生态系统的耦合是通过浮游植物与颗粒有机物的沉降和沉积物中营养盐的溶出实现的。表层箱子考虑了营养盐的大气干湿沉降输送。另外，该模型还以参数化的方式考虑了微食物环的作用。整个模型考虑箱子与箱子之间的垂向输送通量。
本文研究中使用该模型对黄海冷水团水域浮游生态系统各生态变量的季节变化进行了模拟，并与黄海冷水团水域的观测资料及相关文献中的结果进行分析对照，证明模拟结果能较好地反映出黄海冷水团水域浮游生态系统的季节变化特征，而且各个生态变量间的关系及不同水层间的生态要素变化差异是比较合理的。这说明该模式能够比较成功地反映黄海冷水团水域水层—底栖耦合生态系统的能流、物流结构的基本特征。
通过对黄海冷水团水域初级生产力和新生产力的模拟分析，估算出黄海冷水团年平均日初级生产力为239mgCm-2d-1，并根据海水中无机氮的来源估算出新生产力的f比约为33％，从而进一步推算出黄海冷水团的日均新生产力约为28.8mgCm-2d-1。模拟结果还显示，在黄海冷水团存在的季节里该水域的真光层营养盐匮乏，浮游植物初级生产受限制，仅在晚秋出现了不十分明显的“秋华”；然而，在此时段内，浮游动物的生物量和浮游植物基本处于同一量级且量值比较接近，在黄海冷水团水域年均浮游生态效率高达0.47。由此可知微食物环在黄海冷水团能流、物流循环过程中担当了极其重要的角色。模拟结果显示，浮游动物生长所需的能量约有60％是通过微食物环供给的；由于同化率比较低，POC对浮游动物的能量贡献低于浮游植物的贡献；三者有的贡献之比明显的季节变化。与实测资料及文献结果相对照，模型的模拟结果是合理可信的。
黄海冷水团;生态系统;浮游生态;微食物环;环境海洋学;浮游动物
中国海洋大学
硕士
大气物理学与大气环境
吴增茂
2005
中文
X145
65
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）