NPZD生态模型在北部湾的应用

【摘要】浮游生物是海洋生态系统食物链的基础。浮游植物作为生产者,吸收太阳辐射,将营养盐等无机物转化为有机物,为海洋生态系统奠定了物质循环和能量流动的基础。北部湾是我国四大渔场之一,渔业资源丰富,近年来经济发展迅速。系统地研究北部湾生态要素的时空分布特征,以及物理、界面过程在其中所起的作用和影响,可以为我国科学地开发、利用北部湾的生物资源提供理论依据,也可以为北部湾的环境保护提供理论支撑。海洋生态系统的传统研究方式是现场调查和理论分析。海洋调查对人力物力的要求较高,加上观测因素的复杂性和观测条件的限制,现场调查难以获得海洋空间上同步的实测数据。理论分析试图通过数理方程组表达海洋生态系统的物理规律,但往往只能获得一些简化的理想状态的解析解。而海洋生态模型可以研究各种尺度海洋的生态过程变化规律以及物理过程对生态系统的强迫作用。本文在三维水动力学模型的基础上,建立了一个描述多种生态变量调控的氮-磷营养盐循环的NPZD生态模型,通过模型的数值分析,认识北部湾浮游植物生物量、浮游动物生物量和营养盐等要素的季节分布特征,并研究关键界面过程对营养物质的输运及北部湾生态系统对其的响应。研究发现,冬季在东北季风作用下,粤西沿岸水的营养盐经琼州海峡输送至琼州海峡西口至北部湾中部海域,造成该海域高营养盐、高叶绿素的分布。夏季,北部湾的营养物质主要来源于陆源径流的输送,河口区出现了叶绿素a、浮游动物和营养盐的高值分布；夏季水温更适宜于浮游动物生长,浮游动物生物量明显高于冬季。冬季,由于对流混合充分,各种生态变量的垂直分布较均匀；夏季,垂向上则出现一定的层化现象,湾中部海域底层的营养盐浓度高于表层。受夏季表层低营养盐的限制,湾中部叶绿素a会在中层以深出现极大值。各海域代表站位生态变量的时序过程上,各生态变量的太阴日际变化与潮汐变化呈明显正相关,河口区的营养盐和COD跟潮汐特征则呈显著的负相关,说明其主要受陆源输送影响,而叶绿素a则更多受制于太阳辐射的日变化,呈现昼夜兴衰的格局,午时过强的太阳辐射则对表层浮游植物的生长产生了抑制作用。冬季,琼州海峡西口的营养盐和叶绿素主要受琼州海峡常流输送的制约,而湾中部和外海区域各生态变量的日变化幅度则多受潮汐的影响。河口区营养盐、叶绿素a、COD浓度的水平和高值范围,与径流陆源性污染负荷具有显著的正相关性。北部湾海域的污染负荷定量试验表明,粤西沿岸水的营养盐和COD浓度水平若增减20%,将造成琼州海峡西口的无机氮在0.04mg/L背景浓度的水平上相应增减约0.01mg/L,增减幅度约25%；COD从0.3mg/L的背景浓度相应增减约0.05mg/L,增减幅度约1/6。琼州海峡西口海域,广东沿岸水的营养盐和COD浓度若增20%,浮游植物则增长约10%；营养盐和COD浓度降低20%,叶绿素浓度则约降低10%。
【作者】曾隆隆；
【导师】潘伟然；
【作者基本信息】厦门大学，物理海洋学，2014，硕士
【关键词】北部湾；生态模型；营养盐；界面过程；

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