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《中国海洋大学》 2012年
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渤海浮游植物生态系统动力学遥感与模型研究

刘菲菲  
【摘要】:本文采用现象描述——机制分析——模型研究的思路,结合MERIS海洋水色遥感卫星数据及水动力-生态耦合模式研究渤海生态系统浮游植物生物量的变化规律及影响机制,分析了系统对生物、物理过程的响应,为今后深入分析研究渤海长期气候-海洋生态响应提供理论基础。主要工作和结论如下: 1)利用2003-2009年的MERIS叶绿素浓度数据,分析了渤海表层叶绿素浓度的时空分布特征以及影响渤海夏秋季水华的物理机制,结果表明:渤海大部分区域叶绿素浓度在春、秋季为高值,夏季为低值,黄河口东北部、莱州湾南部在夏、秋季为高值。根据持续时间的不同,渤海夏、秋季水华可分为季节性秋季水华和偶然性水华两类。相关性分析表明黄河入海径流对黄河口东北部及渤海湾南部水域夏、秋季水华有相对显著的影响。径流入海携带的营养盐是上述区域水华发生的诱发因素,河流锋为浮游植物提供了合适的生长环境。辽东湾东部区域夏秋季水华与当地风速存在较高的相关性,秋季季节性增大的风场使得水体垂向湍流混合加强,底部营养盐在湍流混合的作用下被带到上层水体,促使秋季水华的发生;夏季偶然大风通过破坏水体层化诱发水华发生。 2)考虑海面风强迫和热通量强迫,对渤海的流场、温度场进行了模拟研究,计算结果显示:渤海潮流以半日周期为主,潮致余流在整个海区普遍较弱,流速一般小于5cm/s,中央海区存在一个大的顺时针环流,辽东湾、渤海湾、莱州湾内各存在一个大的逆时针环流,地形、岸线变化剧烈处的涡旋是渤海潮致余流的显著特征。渤海冬季温度垂向分布均匀,水平方向上深水区高于沿岸海区,渤海海峡存在一条自黄海进入的高温水舌,辽东湾湾顶海水温度达最低。夏季海水温度达到全年最高值,温度最大值出现在三个湾顶,垂向层化达到最强,渤海中部存在一个垂向温度几乎一致的高温区,辽东湾湾口处存在低温中心,其东部和南部被冷水舌包围。 3)以零维生态模型探究生物过程对渤海生态动力系统的影响,考虑硝化作用以及无机氮、无机磷之间的营养盐限制转化,模拟结果如下:浮游植物生物量在一年中体现典型的双峰分布,浮游植物生物量与营养盐浓度呈现负相关。春季水华之前,光照是限制浮游植物生长的主要因素,随着太阳高度角增大,营养盐成为决定浮游植物生物量的主要因素。在本模拟中,春、夏季水华过程中的限制性营养盐均是无机氮,而在非水华时期,磷是限制浮游植物生物量积累的营养盐。 4)采取简化的NPZD模型与三维水动力模型耦合,模拟了渤海表层叶绿素浓度、营养盐浓度的季节变化及空间分布,模拟结果与历史观测定性吻合,具体表现为:春季出现明显的水华现象,浮游植物生物量最大值出现在三个海湾及沿岸浅水区。夏季浮游植物生物量下降,但仍保持较高的浓度,低值出现在中央海区。秋季由于没有营养盐的外源补充,浮游植物生物量继续降低,跃层消失使得上层营养盐得到补充,浮游植物高值区出现在中央深水海区。由于水平对流的作用,表层营养盐浓度在各个季节均呈现明显的区域不均匀性,季节变化表现为冬季营养盐浓度达到全年最高值,夏季营养盐浓度全年最低。秋季深水区营养盐的高浓度分布体现了跃层季节性消衰的影响。 5)理想情况下模拟了大风过程对夏季水华的诱发机制,与无风情况进行对比,分析结果表明大风过程强湍流混合及其对温跃层的破坏是诱发偶然性水华发生的重要物理机制。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:Q948.8;P237

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【参考文献】
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