长江口外锋区浮游植物生物量及其影响因子的观测与数值模拟

发布时间：2017-06-26 14:12

  本文关键词：长江口外锋区浮游植物生物量及其影响因子的观测与数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：浮游植物作为海洋系统的主要生产者,维系着海区的物质循环和能量流动,也决定着该海域的初级生产力水平。近些年来,我国经济,特别是沿海地带经济的迅猛发展,给水生生态环境带来严重负担,此类问题开始受到科学家们越来越多的关注。而长江口外锋区作为我国三角洲海域非常重要的一个区域,水体富营养化严重,赤潮频繁发生,浮游生物生活的环境遭到严重破坏。长江口外锋区受复杂地底形态、长江径流、季风及陆架环流的影响,水动力过程十分复杂多变,且季节性变化明显。长江冲淡水和季节性流场、风场等关键物理过程共同影响着这片海域的温度、盐度、营养盐分布及海流特征,从而进一步影响长江口外锋区的浮游植物生物量状况及初级生产力水平。研究长江口外锋区浮游生态变化情况,对于了解海区富营养化状况、赤潮形成的外部环境和物理机制以及海域生态环境保护有着重要的意义。本文主要通过历史资料分析、现场调查观测和数值模拟相结合的方法,研究了长江口外锋区浮游植物生物量及盐度锋面的变化。根据2005年和2006年站点调查的历史资料显示,长江口外锋区浮游植物生长主要受温度、光照及营养盐浓度控制。甲藻和硅藻类生物量皆从4月初开始急剧增加,硅藻有两次明显的生物量剧增现象,分别发生在4月和6月;甲藻仅有一次生物量剧增现象,发生在4月。由于甲藻耐低盐,不耐高温的特点,4月至6月是甲藻生物量高值期,而硅藻生物量高值期在4月至9月。水温是影响甲藻生长的主要因素,而光照和营养盐是影响硅藻生长的主要因素。分析研究2010年、2011年和2012年夏季断面观测资料发现,夏季长江口外锋区存在着明显的盐度跃层、温度跃层和密度跃层。温跃层深度与温跃层处DO垂向梯度之间呈负相关,与垂向最小DO浓度之间呈正相关。研究结果表明,在长江口外锋区盐度较低的区域,溶解氧浓度较高,叶绿素a浓度也较高。通过2016年3月现场观测资料,确定了本次调查期间长江口外锋区盐度梯度变化最大的区域,位置大致为30°41′N,122°41′E,盐度在26-28.8之间急剧跳跃,且该锋面的移动随潮汐变化,锋面随潮进退时,沿程盐度、悬沙均在不断变化。锋面是一个辐聚带,长江携带的巨大营养盐向外海扩展,在此处聚集,锋面两侧的营养盐及浮游植物生物量差别巨大。通过本次调查研究,对于解释该过渡区营养盐以及浮游植物生物量变化的特征提供支持。在分析历史数据和现场观测资料的基础上,基于三维海洋数值模式ECOM-si,耦合太阳辐射强度、海表热通量和泥沙模块,综合考虑了径流、潮汐、陆架环流和季风等关键物理过程的作用,建立了一个N2P2ZD型的浮游生态数值模型,模拟研究了三峡工程调蓄前后长江口外锋区营养盐及浮游植物生物量差异的变化特征。模型经测试稳定性良好,具有一定的精度,可用于模拟长江口外锋区浮游植物生态的变化机制。模型模拟结果表明,在三峡工程径流量调蓄最大的5月和10月,长江口外锋区盐度的差值均在2之内。三峡大坝调蓄前后,长江口外锋区营养盐浓度差异主要呈舌状分布,较高区域多集中在122°E左右,往东急剧减少,且在杭州湾内有一高值区。三峡大坝调蓄前后氮营养盐浓度差异最高可达到2 mmol N/m3,明显较磷营养盐0.06 mmol N/m3的浓度差大。营养盐增减的绝对量自西向东、由近河口区向远河口区递减;且调蓄引起的营养盐增减峰值自西向东推迟、峰值滞后。枯水年受径流调蓄的影响最大,径流调蓄导致的营养盐增加值在各区均是枯水年明显大于丰水年和平水年,而在过渡区和远河口区10月后的下降值则相反。而总浮游植物生物量的空间差异分布形态完全不同于营养盐,呈点片状分布,高值区在长江口内。浮游植物生物量的年际变化与营养盐比较一致,枯水年影响最大,且自西向东峰值滞后;此外,由于硅藻和甲藻的相互竞争作用,硅藻在流量增加季节的生物量增幅大于流量减少季节的生物量减幅,而甲藻正好相反。总体上,三峡工程的径流调蓄有利于增加年均浮游植物生物量,但年平均增幅较小,仅为0.5-1%左右。
【关键词】：长江口外锋区 浮游植物生物量 影响因子 数值模拟 三峡大坝
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X55;X173
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 研究进展及现状11-17
• 1.2.1 海洋浮游生物动力学及模型研究现状12-14
• 1.2.2 长江口外锋区生态因子的研究现状及进展14-16
• 1.2.3 长江口外锋区关键物理过程变化的研究现状16
• 1.2.4 长江口外锋区浮游生态过程的研究现状16-17
• 1.3 本文主要工作17-20
• 第二章 长江口外锋区浮游生态因子的观测20-28
• 2.1 长江口外锋区断面观测资料分析21-22
• 2.2 长江口外锋区营养盐观测资料分析22-24
• 2.3 长江口外锋区盐度锋面的观测24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 长江口外锋区三维物理-生态耦合模型的建立28-54
• 3.1 水动力模块介绍28-37
• 3.1.1 模型控制方程组28-32
• 3.1.2 初始条件和边界条件32-35
• 3.1.3 潮滩动边界35-36
• 3.1.4 数值求解36-37
• 3.2 模式计算区域及模式设置37-39
• 3.3 海气热通量模块39
• 3.4 泥沙模块介绍39
• 3.5 生态模块介绍39-45
• 3.5.1 控制方程组40-43
• 3.5.2 生态模型参数的选取43-45
• 3.6 长江口外锋区浮游生态模型的验证45-53
• 3.6.1 盐度、温度及环流的验证45-48
• 3.6.2 营养盐、叶绿素a数值模拟结果与观测资料的对比48-50
• 3.6.3 浮游植物生物量数值模拟结果与观测资料的对比50-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 三峡工程对长江口外锋区浮游生态的影响54-66
• 4.1 三峡大坝概况54-56
• 4.2 三峡工程调蓄前后对长江口外锋区环境因子差异的影响56-60
• 4.2.1 三峡工程调蓄前后盐度差、浊度差和温度差的时间变化56-58
• 4.2.2 三峡工程调蓄前后盐度差、浊度差和温度差的空间分布58-60
• 4.3 三峡工程调蓄前后营养盐及浮游生物量差异的时间变化60-62
• 4.4 三峡工程调蓄前后营养盐及浮游生物量差异的空间分布62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 本文主要工作及结论66-67
• 5.2 不足与展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 硕士期间发表论文74

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