南黄海东部海域浮游生态系统要素垂直分布的模拟研究
海洋生态系统中，浮游生物的变化不仅影响许多鱼类和无脊椎动物种群的生物量，同时浮游生物在形成生态系统结构和生源要素循环中也起重要作用，对全球的气候系统产生影响；反过来，大尺度的气候变动对全球生态系统同样产生重要影响。本文的主要研究目标是在国内外已有的相关研究基础之上，针对我国近海海域的特点，采用一个垂直一维海洋生态系统动力学模式对我国近海浮游生态系统各要素垂直分布的季节循环进行数值模拟。在此基础上分析各要素之间的相互制约关系，浮游植物垂直分布出现次表层最大值的影响因素和形成机制，及春、秋季水华的形成及控制机制，并利用模型定量化研究浮游生态系统中碳循环过程，探讨了强风天气过程和光合作用有效辐射对海洋生态系统要素垂直分布的影响，以增进对我国近海浮游生态系统动力学的深入理解。
研究采用的模型为垂直一维物理一生物耦合模式MEM-1D，其物理亚模型为一维POM模式，生物亚模型为ERSEM。根据我国海区的特点，对垂直混合系数K<,H>和K<,m>进行了调整。模式中主要考虑了浮游植物(P)、浮游动物(Z)、细菌(B)、营养盐(N，包括磷酸盐、硝酸盐、铵盐和硅酸盐)、颗粒有机物(POM)、溶解有机物(DOM)和溶解氧(DO)为主要生态变量。模式中不考虑营养盐的大气沉降和径流输运。
采用海洋图集中34<'。>N，124.5<'。>E的数据资料和气候风场资料，利用该模型模拟了南黄海浮游生态系统要素垂直结构的季节变化，与观测资料与相关文献的结果进行分析对照，证明模拟结果能较好地反映出南黄海浮游生态系统要素垂直结构的季节变化特征，并且从理论上分析了出现这种变化特征的原因。从海洋生态系统动力学的角度进一步揭示了生态系统中物质、能量流动特征。
利用该模型定量研究了海洋生态系统的碳循环过程。结果表明，在冬季，浮游植物和细菌对碳的摄取较少，细菌对非生命有机碳的摄取速率超过浮游植物对无机碳的摄取。在春、夏季，浮游植物和细菌对碳的摄取较多，浮游植物对无机碳的摄取高于细菌对非生命有机碳的摄取。细菌对非生命有机碳的摄取以DOC为主，在春、夏季可达75[％]。浮游植物对碳的释放主要是以DOC的形式，占90[％]左右。
在以上模拟的基础上，本文研究了光合作用有效辐射PAR和强风天气过程对生态系统要素垂直分布的影响。光合作用有效辐射可以影响浮游生物水华发生的时间和强度，叶绿素深层最大值出现的位置和大小。在春季营养盐不受限制时，太阳辐射是控制春季水华发生的最主要因素。强风天气过程可以将深层的营养盐带到上层，从而增大春季水华的峰值，很容易引起新一次的水华。秋季水华的发生主要是受到动力的控制。春季水华的强度也会对秋季水华造成一定的影响。
最后，利用该模型初步研究了不同分辨率的外强迫资料对模拟结果的影响。结果显示，分辨率高的数据资料有利于模拟典型天气过程下海洋生态系统的短期时空变化，可以减小模拟误差。在模拟中，可以根据我们所关注的对象和研究的内容选取适当分辨率的资料。
海洋生态系统;季节变化;浮游生物;气候系统
中国海洋大学
硕士
环境工程
高会旺
2006
中文
Q178.53
69
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）