北部灣生態(tài)動力過程的模型分析研究.pdf

1、北部灣是我國重要的海灣和漁場，被譽(yù)為我國“最后的潔凈”，近年來在我國沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展的成就和潛力倍受關(guān)注，然而工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的持續(xù)加快，也給北部灣的生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力。鑒于此，研究北部灣生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空分布特征及其對動力環(huán)境變化的響應(yīng)過程具有重要意義，可為我國北部灣生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)、資源管理開發(fā)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略制定等提供科學(xué)參考依據(jù)。
　　本文在已建立的“北部灣三維水動力—NPZD生態(tài)耦合模型”的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的拓展和應(yīng)用研究

2、，結(jié)合歷年觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和數(shù)值模型結(jié)果，在水動力模型考慮了更高精度的物理強(qiáng)迫條件，以日平均風(fēng)場、熱通量作為海表驅(qū)動，潮位、HYCOM水位以及徑流輸入作為水邊界驅(qū)動，并加入三維溫度、鹽度側(cè)向通量驅(qū)動;在生態(tài)模型方面，采用MODIS月平均葉綠素a遙感數(shù)據(jù)和世界海洋圖集WOA2013數(shù)據(jù)作為初始場和邊界輸入，以2014年為例，得到北部灣生態(tài)系統(tǒng)的年變化和分布特征，考慮不同海區(qū)的差異性，將其劃分為6個(gè)研究區(qū)塊，分析影響生態(tài)系統(tǒng)分布的關(guān)鍵

3、區(qū)位以及關(guān)鍵時(shí)期的動力環(huán)境特征，進(jìn)一步估算了北部灣的初級生產(chǎn)力和f-ratio，并對營養(yǎng)鹽的輸運(yùn)和循環(huán)收支進(jìn)行分析。本文的研究結(jié)果表明:
　　冬季在強(qiáng)而均勻的東北季風(fēng)的控制下，北部灣環(huán)流呈一個(gè)大的不閉合的逆時(shí)針結(jié)構(gòu);春季風(fēng)向轉(zhuǎn)型，環(huán)流整體上仍為逆時(shí)針方向;夏季在西南季風(fēng)與南海環(huán)流的共同作用下，灣口存在一順時(shí)針環(huán)流，而灣中、北部仍為逆時(shí)針環(huán)流，但流速有所減小;秋季也屬季風(fēng)轉(zhuǎn)型期，灣中、南部流速較小且流向不規(guī)則，但環(huán)流整體上仍呈逆時(shí)針

4、方向。瓊州海峽月平均流終年向西，水通量秋冬季較大，春夏季較小，年平均水通量為0.08Sv。
　　北部灣的生態(tài)系統(tǒng)受動力條件控制顯著，在水平方向上，葉綠素a呈由東向西、由近岸向外海、由灣北部向?yàn)持胁亢蜑衬喜恐饾u減小的分布特征;無機(jī)氮主要集中在灣北部，呈東部高西部低、近岸高外海低的分布特征;磷酸鹽僅在徑流入?？谟休^高值，近岸濃度高于外海，灣中部值最低。在垂向上，近岸水體混合充分，生態(tài)要素分布均勻;水深較大的外海，春夏季由于水體層化，出

5、現(xiàn)中下層的葉綠素a濃度高于表層的現(xiàn)象，秋冬季水體垂向混合均勻，葉綠素a和營養(yǎng)鹽分布都較均勻。不同區(qū)位的葉綠素a和營養(yǎng)鹽的年循環(huán)特征存在較大差異，秋、冬季，瓊州海峽攜帶大量的粵西沿岸的高營養(yǎng)水體進(jìn)入北部灣，加上適宜的水溫，浮游植物大量繁殖，瓊州海峽西側(cè)海域呈高葉綠素、高營養(yǎng)鹽的分布;夏季，北部灣的營養(yǎng)鹽主要來源于徑流攜帶的陸源營養(yǎng)物質(zhì)，葉綠素a高值區(qū)在廣西沿岸河口區(qū)與紅河河口;北部灣大部分區(qū)域浮游植物的生長受磷酸鹽的限制，只有海南島西側(cè)受

6、限于氮鹽;瓊州海峽是影響北部灣中、北部的關(guān)鍵區(qū)位，其關(guān)鍵時(shí)期為秋季和冬季;廣西沿岸及紅河河口是影響近岸的浮游植物生長的重要區(qū)位，其關(guān)鍵時(shí)期為夏季。北部灣初級生產(chǎn)力年平均值約140mgC/(m2·d)，冬季最高，夏季最低，水平方向上呈遠(yuǎn)岸高近岸低的分布趨勢;不同區(qū)塊的初級生產(chǎn)力不論大小還是季節(jié)變化均有明顯差異，瓊州海峽西側(cè)海域的初級生產(chǎn)力最高，近岸海域的初級生產(chǎn)力較低，廣西近岸和越南近岸的初級生產(chǎn)力最高值在秋季，其他區(qū)域的初級生產(chǎn)力最高值

7、在冬季;初級生產(chǎn)力以再生生產(chǎn)力為主，年平均f-ratio約0.2。
　　瓊州海峽2014年向北部灣年輸入無機(jī)氮108.3×103t，磷酸鹽3.7×103t，最大輸運(yùn)在10月;經(jīng)過一年的輸運(yùn)，南海往北部灣的無機(jī)氮凈輸入66.6×103t，磷酸鹽凈輸入4.6×103t。生物過程相對于物理過程對北部灣的營養(yǎng)鹽循環(huán)收支影響更大。浮游植物在營養(yǎng)鹽更新中具有重要作用，浮游植物光合作用吸收是營養(yǎng)鹽最大的匯;浮游植物因死亡或被捕食的細(xì)胞液釋放是無

8、機(jī)氮收支中最大的源，可以補(bǔ)充光合作用消耗的33.4％的氮;浮游植物呼吸作用釋放是磷酸鹽收支中最重要的來源，可補(bǔ)充光合作用消耗的32.4％的磷;河流營養(yǎng)鹽輸運(yùn)是生態(tài)系統(tǒng)重要的外部輸入，對近岸海域影響較大，對北部灣整體海域的貢獻(xiàn)則相對較小;在生物過程和物理過程共同作用下，北部灣在2014年中氮增加了4.8×103t，而磷減少了0.4×103t。
　　本文的研究成果與現(xiàn)場、遙感觀測數(shù)據(jù)及前人的數(shù)模結(jié)果相比表明，模型能較好地模擬出北部灣的