收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

海洋生态系统动力学数值模拟与同化研究

樊伟  
【摘要】: 随着人类对气候变化的日益重视,如何更加精确地、合理地模拟气候的演变规律及评估其对人类生存环境带来的影响成为一个关键的科学问题。作为这一问题中的重要一环,海洋生态系统数值模拟成为一个研究热点,这也对海洋生态系统动力学模型提出了更高的要求。在这种背景下,海洋生态系统动力学模型在模型维数、应用范围与模型复杂性程度等方面得到快速发展。但是,在以往大部分海洋生态模拟工作中,研究者们忽略了或者没有考虑关键生态参数在空间上存在变化这一特征,并认为在模拟区域中存在普适的一组参数,导致模拟结果与观测资料之间存在较大的区域性误差,并且这种误差不能通过改进背景物理环境或增加新的生态机制而得到有效控制。这个问题在大洋尺度甚至全球尺度的海洋生态系统模拟中表现地尤为突出,为了弥补这一缺陷,一些研究者根据实测数据估计局地参数或者是分区优化参数,并采用一些方法对参数进行平滑,虽然这些做法在一定程度上实现了参数的空间变化,却没有将模型与有限的观测作为一个整体来考虑,不能优化参数至全局最优,因此不能准确地描述模型参数在空间上的变化。本文使用一种全新的方法即参数的空间分布来实现参数的空间变化,并深入研究了是否能通过此方法改进模拟与同化结果。 在气候耦合模式FOAM的气候态背景场下,本文建立了一个简单的全球尺度上的三维海洋生态系统动力学模型及其伴随模型,在500米深度内进行数值模拟与同化研究。通过在底层添加营养盐修正项的方式解决了模拟过程中营养盐不断耗散的问题,保障了模型的平稳运行。 结合考察敏感性函数与代价函数关于模型参数的梯度量级两种方法,对各模型参数进行了敏感性分析,挑选出对模拟结果敏感且不相关的五个参数作为控制变量。在孪生数值实验中,通过同化模型产生的‘观测数据’来反演控制变量。首先通过反演无空间变化的控制变量验证了伴随模型的正确性,继而基于参数的空间分布,利用伴随方法反演了给定的空间变化的控制变量,证明了参数空间分布的有效性以及在模型中利用伴随同化方法反演空间变化的参数的可行性。 在实际实验中,本文在全球尺度上通过伴随方法同化SeaWiFS叶绿素资料。在使用参数空间分布后,表层浮游植物生物量(氮)的平均误差下降至0.0584mmolN·m-3,与不考虑参数空间变化的同化实验相比下降了62.4%。反演出的参数在空间上呈现显著的变化特征,证明了空间变化的参数比参数取常数更合理。通过使用参数的空间分布,SeaWiFS图像上大部分的区域特征都能被很好地模拟出来,证明模拟与观测之间的区域性误差得到了有效控制。本文发现同化结果与独立点的数量以及影响半径的选取有很大关系:独立点数量越多,同化结果就越好;影响半径应根据独立点的设置来选取,过大或过小的影响半径都对同化结果不利。然而,由于缺少必要的数据支持,模型没有考虑一些海区存在的铁限制因素,导致模型不能正确模拟南大洋等海域的营养盐水平,这表明了在全球尺度上进行海洋生态系统数值模拟时,铁限制等机制是应当考虑的。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈雷;徐兆礼;姚炜民;张钊;陈胜;蔡圣伟;鲍旭平;;瓯江口春季营养盐、浮游植物和浮游动物的分布[J];生态学报;2009年03期
2 吕咸青;樊伟;;海洋生态系统模型中参数空间变化的伴随法反演研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2009年05期
3 周巍;吕咸青;;伴随同化方法在渤、黄海生态模式中的应用——生态参数的空间分布[J];海洋湖沼通报;2009年01期
4 张武昌,孙松,李超伦,邹立,金明明,卢勇;白令海浮游植物添加营养盐培养实验[J];极地研究;2000年04期
5 杨东方,高振会,陈豫,刘展,丁德文;硅的生物地球化学过程的研究动态[J];海洋科学;2002年03期
6 王勇,焦念志;营养盐对浮游植物生长上行效应机制的研究进展[J];海洋科学;2000年10期
7 苏玉萍;陈娜蓉;曾招平;张丽珍;;山仔水库微囊藻营养盐增长潜力分析[J];华侨大学学报(自然科学版);2005年04期
8 甘居利,林钦,李纯厚,黄洪辉,贾晓平;考洲洋海水营养盐分布及其与浮游植物的关系[J];湛江海洋大学学报;2002年06期
9 龙爱民;陈绍勇;周伟华;徐继荣;孙翠慈;张凤琴;张建林;徐洪周;;南海北部秋季营养盐、溶解氧、pH值和叶绿素a分布特征及相互关系[J];海洋通报;2006年05期
10 暨卫东,黄尚高;福建海岸带海水营养盐消长与温、盐、浮游植物的关系[J];热带海洋学报;1989年02期
11 宋书群;孙军;沈志良;栾青杉;于子山;;三峡库区蓄水后夏季长江口及其邻近水域粒级叶绿素a[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年S1期
12 刘从玉;刘平平;仲光东;柴夏;;大钟岭水库的浮游植物种群结构及四季变化[J];污染防治技术;2009年01期
13 刘慧,董双林,方建光;全球海域营养盐限制研究进展[J];海洋科学;2002年08期
14 程玉雄;曹良志;吴宏春;王梦琪;陈其昌;;逆向输运问题的直接求解[J];核动力工程;2010年S2期
15 崔毅,陈碧鹃,任胜民,陈聚法,宋云利;渤海水域生物理化环境现状研究[J];中国水产科学;1996年02期
16 刘东艳,孙军,陈洪涛,张利永;2001年夏季胶州湾浮游植物群落结构的特征[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);2003年03期
17 林秋奇,胡韧,韩博平;流溪河水库水动力学对营养盐和浮游植物分布的影响[J];生态学报;2003年11期
18 郝彦菊,王宗灵,朱明远,李瑞香,孙丕喜,夏滨,陈力群;莱州湾营养盐与浮游植物多样性调查与评价研究[J];海洋科学进展;2005年02期
19 陈超群,陈世杰;浮游植物初级生产理论的新进展[J];福建水产;1995年01期
20 王勇,焦念志;北黄海浮游植物营养盐限制的初步研究[J];海洋与湖沼;1999年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢楠;陈英俊;;随机变量对复杂可靠度问题的敏感性分析[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
2 吴玲;曾宇峰;;敏感性分析中求不确定性因素临界点的一般方法[A];中国运筹学会第六届学术交流会论文集(下卷)[C];2000年
3 王朝晖;付永虎;康伟;赵建刚;;大亚湾、大鹏湾表层沉积物浮游植物休眠体萌发研究[A];中国藻类学会第八次会员代表大会暨第十六次学术讨论会论文摘要集[C];2011年
4 王鹏;李炳乾;周茜茜;高亚辉;Raymond N. Sambrotto;;2008年春季白令海东部海域浮游植物种类组成与分布[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
5 康伟;冯杰;付永虎;谷阳光;王朝晖;;大亚湾沉积物中浮游植物休眠体萌发研究[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
6 黄冬平;梁贞潜;张春路;丁国良;;基于模型的二氧化碳微通道气体冷却器性能分析[A];上海市制冷学会二○○一年学术年会论文集[C];2001年
7 魏轲;黄君;朱培瑜;严景超;王洁尘;彭宇;;梅梁湖预警监测浮游植物总密度快速测定初探[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
8 孙琳;陈长平;高亚辉;;2008-2009年厦门港浮游植物种类组成与数量动态研究[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
9 殷大聪;宋立荣;;丹江口库区浮游植物季节动态演替规律[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
10 胡俊;黄邦钦;;台湾海峡南部浮游植物对不同水团的响应研究[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 樊伟;海洋生态系统动力学数值模拟与同化研究[D];中国海洋大学;2009年
2 赵亮;渤海浮游植物生态动力学模型研究[D];青岛海洋大学;2002年
3 王勇;中国若干典型海域作用于浮游植物上、下行效应的研究[D];中国科学院海洋研究所;2001年
4 赵帅营;营养盐加富和鲢对南亚热带贫—中营养型水库浮游生物群落的影响:大型围隔实验[D];暨南大学;2009年
5 石晓勇;长江口营养盐、石油烃对海洋生态系统影响及动力学研究[D];中国海洋大学;2003年
6 胡韧;珠海水库富营养化现状、浮游植物群落特征与蓝藻水华风险分析[D];暨南大学;2009年
7 刘诚刚;中国近海浮游植物光合溶解有机碳生产研究[D];中国海洋大学;2012年
8 周凯;2000~2001年粤东大规模增养殖区柘林湾和深澳湾的生态学研究[D];暨南大学;2002年
9 杨茹君;不同环境污染物条件下海洋浮游植物生长的粒径效应研究[D];中国海洋大学;2004年
10 邓平;三种沉水植物对浮游植物的化感效应研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张莹莹;Pb(Ⅱ)对海洋浮游植物生长的影响[D];中国海洋大学;2004年
2 周巍;伴随同化方法在渤、黄海生态模式中的应用[D];中国海洋大学;2008年
3 张玉宇;南海大亚湾澳头水域浮游植物与赤潮的生态学研究[D];暨南大学;2005年
4 徐瑶;湖泊浮游植物动态及微囊藻监测技术研究[D];南京师范大学;2007年
5 苏志雄;科技进步对中国经济增长的贡献分析[D];辽宁工程技术大学;2005年
6 杨雅勋;PC连续刚构桥施工控制技术研究与应用[D];长安大学;2005年
7 丁一萍;非经营性城市基础设施项目融资中的影子收费研究[D];浙江大学;2006年
8 任峤;连续刚构桥施工控制理论及其工程应用[D];武汉理工大学;2006年
9 方文惠;矿区塌陷塘浮游植物群落构成特征的研究[D];安徽理工大学;2006年
10 宫立鸣;泰达花园项目投资风险研究[D];吉林大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 辛良;一滴水里的生命[N];中国矿业报;2000年
2 本报记者 周仲全;往海里撒点铁?[N];辽宁日报;2008年
3 任秋凌;研究发现海洋食物源正在迅速消失[N];中国海洋报;2010年
4 若洁;海水施肥缓解全球暖化?[N];中国商报;2002年
5 张慰 杨莎静;我市营养盐销售占食盐比重增大[N];江阴日报;2009年
6 记者 姜云飞;今秋市民有望吃上天然营养盐[N];大连日报;2010年
7 钟声;浮游生物[N];大众科技报;2002年
8 刘国信;营养盐走近寻常百姓家[N];中国医药报;2000年
9 本报记者 王屹立;碘盐之后,营养盐来了[N];河南日报;2005年
10 王向华;“营养盐”向寻常百姓“招手”[N];陕西日报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978