浮游生态系统非线性动力学与赤潮的预测预警研究

发布时间：2020-06-12 20:41

【摘要】： 浮游生物种群生态系统是海洋生态系统的重要组成部分,它对海洋生态系统的结构和功能起着重要的调控作用。浮游生态系统动力学是目前国内外研究的热门课题,同时也是从根本上解决赤潮灾害的核心难题。本文的主要研究内容及成果包括以下几个方面: 首先根据种群食物链的作用机制建立了反映各种生态要素的多参数E-S-N模型,选取主要影响参数作为控制变量,对系统方程解的稳定性与分岔做了深入的研究。其次基于赤潮藻类之间的作用,在海洋富营养化的条件下考虑两种藻类之间的相互作用及浮游动物的捕食建立了P-P-Z模型,运用非线性动力学分岔、混沌理论研究了该模型的分岔与混沌行为。研究了具有第III种功能反应函数的随机捕食模型的稳定性与分岔行为。首先对相应的确定性系统的稳定性及分岔特性进行了分析,确定了稳态解的稳定性与系统发生Hopf分岔的条件,其次研究了在随机干扰力作用下该模型的稳态解的随机稳定性以及系统发生的随机Hopf分岔行为。运用Ecopath with Ecosim营养通道模型,以捕捞作为随机扰动,分别研究了在上行,下行及混合控制等三种控制模式下海洋生态系统中多稳态吸引子的存在性。另一方面,通过改变捕捞的营养层次组(从中间营养层次组到高等营养层次组)研究了生态系统中营养层次组的变化对于多稳态吸引子存在性的影响。研究结果表明,在所研究的海洋生态系统中确实存在着多稳态吸引子,当控制模式为下行控制方式时,系统更容易存在多稳态吸引子。当捕获营养层次组变化时,多吸引子出现的概率变化不大,但具有多吸引子的模型却发生了显著的变化。利用MS公司的DELPHI7.0作为开发环境,建立了基于普遍使用Windows9x操作系统的赤潮预测预警系统。该预测预警系统由预测预警信息系统、预测预警决策系统以及预测预警应急系统三部分组成。阐明了生态系统管理的概念和原则,提出了基于生态系统管理的赤潮灾害综合防治策略。
【图文】：

图 1-1 赤潮（http://www.whoi.edu/redtide）赤潮是一种自然现象。人类早就有相关记载，，据载，中国早在 2000 多年前就发生过赤潮现象，一些古书文献或文艺作品里已有一些有关赤潮方面的记载，如清代的蒲松龄在《聊斋志异》中就形象地记载了与赤潮有关的发光现象。国外如《旧约·出埃及记》中就有关于赤潮的描述：“河里的水，都变作血，河也腥臭了，埃及人就不能喝这里的水了”。在日本，早在腾原时代和镰时代就有赤潮方面的记载。1803 年法国人马克·莱斯卡波特记载了美洲罗亚尔湾地区的印第安人，根据月黑之夜观察海水发光现象来判别贻贝是否可以食用。1831—1836年，达尔文在《贝格尔航海记录》中也记载了在巴西和智利近海面发生的束毛藻引发的赤潮事件。随着现代化工农业生产的迅猛发展，沿海地区人口的增多，大量工农业废水和生活污水排入海洋，其中相当一部分未经处理就直接排入海洋，因此导致近海和港湾地区富营养化程度日趋严重；同时，由于沿海开发程度的增高和海水养殖业的扩大，也带来了海洋生态环境和养殖业自身污染的问题；另一方面，海运业

示意图,赤潮,示意图,夜光藻

如硅藻过盛，特别是骨条硅藻的密集常常引起赤潮。这夜光藻提供了丰富的饵料，促使夜光藻急剧增殖，从而又形成粉红潮。据监测资料表明，在赤潮发生时，水域多为干旱少雨，天气闷，风力较弱，或者潮流缓慢的水域环境。三、海水养殖的自身污染亦是诱发赤潮的因素之一着沿海养殖业的大发展，尤其是对虾养殖业的蓬勃发展，也产生了染问题。在对虾养殖中，人工投喂大量饲料和鲜活饵料。由于养殖不完善，往往造成投饵量偏大，池内残存饵料增多，严重污染了养殖面，由于虾池每天需要排换水，所以每天都有大量污水排入海中，残饵和对虾粪便的水中含有氨氮、尿素、尿酸及其它形式的含氮化海水的富营养化，便为赤潮生物提供了适宜的生物环境，使其增殖在高温、闷热、无风的条件下更易发生赤潮。由此可见，海水养殖也会使赤潮发生的频率增加。赤潮的形成过程如图 1-2 所示：
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X55

【引证文献】