發(fā)布時間：2020-07-15 06:53

【摘要】：海洋物理過程是海洋中生物地球化學循環(huán)的主導因素,將物理過程與生物過程耦合,可以有效地刻畫海洋動力作用下各類要素的循環(huán)。本文研究了物理-生物耦合模型,并應用于兩個大洋站的物理-生物特征及金槍魚漁獲率的模擬研究。論文在Gill-Turner混合層模型(GT模型)中增加對流和擴散模塊,考慮溫度梯度對擴散系數(shù)的影響,改進了GT模型使之更符合實際的水體混合作用。不僅考慮了水表營養(yǎng)鹽循環(huán)體系中氮和磷元素的分離計算,而且修正了浮游植物生長速率方程,改進了 Schmittner生物模型。加入基于氮濃度的葉綠素濃度計算,使Schmittner模型更完整地反映營養(yǎng)鹽濃度對生物要素和初級生產(chǎn)力的影響。將改進后的GT模型與Schmittner模型結(jié)合,建立起新的物理-生物耦合模型(PBCM),并在Mathematica二次開發(fā)平臺上自行編程加以實現(xiàn)�；赑BCM對北大西洋中緯度百慕大站物理和生物要素變化進行數(shù)值模擬,結(jié)果顯示,水溫、溶解氧、溶解營養(yǎng)鹽、葉綠素濃度及初級生產(chǎn)力等要素分布具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律,與混合層深度的變化相一致,反映出強烈的混合作用對生物地球化學循環(huán)過程的影響。分析了溶解無機氮密躍層深度的時變規(guī)律,從動力角度解釋了海水中氮磷濃度比變化的機制。以PBCM成功地復演出水下最大葉綠素濃度層(SCML),從物理耦合生物角度揭示了 SCML始終存在于密躍層上邊界的機理。北太平洋近赤道海域夏威夷站的PBCM模擬表明,表層生物地球化學循環(huán)過程主要由混合動力控制,下層生物要素濃度則受到渦旋和Rossby波等復雜動力的影響。耦合模擬并分析了水文與生物要素的分布特征及微弱的季節(jié)性差異,復演了太平洋水體中氮元素對浮游植物初級生產(chǎn)的限制作用,解釋了溶解無機氮密躍層基本維持在最大混合層深度100米附近而季節(jié)性波動小的原因,發(fā)現(xiàn)夏季固氮浮游植物生長引起的氮磷濃度比與水表初級生產(chǎn)力同步變化。本文的物理-生物耦合模型為海洋生物研究提供了連續(xù)的海洋環(huán)境因素數(shù)據(jù),具有廣闊的應用前景。根據(jù)太平洋東赤道附近海域金槍魚捕撈數(shù)據(jù)和相應海洋環(huán)境數(shù)據(jù)建立了廣義加性模型(GAM),分析了金槍魚的棲息地分布。將PBCM與GAM結(jié)合,合理模擬了夏威夷海域金槍魚漁獲率的逐月和季節(jié)性變化,可為金槍魚捕撈管理提供科學依據(jù)。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P736.4
【圖文】：

圖１．２技術(shù)路線逡逑

游植物吸收的各類營養(yǎng)鹽幾乎按固定比例進行�；谠摫戎�，在光合作用過均每１０６ｍｏｌ破與１６ｍｏｌ氮、ｌｍｏｌ淲結(jié)合構(gòu)成有機物，同時釋放１３８ｍｏｌ氧＿應式如下：逡逑１０６ＣＯ２邋＋邋１６Ｎ０３邋＋邋Ｈ２Ｐ０４邋＋邋１２２Ｈ２０邋＾邋Ｃ１０６Ｈ２６３０１１０Ｎ１６Ｐ邋＋邋１３８０２逡逑（２－１５而通過氮和磷濃度計算就可獲得光合反應中浮游植物吸收的碳量，在此基成完整的要素循環(huán)。逡逑基于以上建模理論，Ｓｃｈｍｉｔｔｎｅｒ等提出的生物模型１“１邋（即Ｓｃｈｍｉｔｔｎｅｒ模包括溶解無機氮（ＤＩＮ）、溶解磷酸鹽（Ｐ０４）、溶解氧（ＤＯ）、浮游植物、�。ǎ冢┖皖w粒有機碎屑（Ｄ）。溶解無機氮代表了硝酸鹽、銨鹽、亞硝酸鹽與氮元素相關的營養(yǎng)鹽；浮游植物又分為兩個亞類，即非固氮浮游植物（自行固氮浮游植物（Ｄｉａｚｏ）。模型計算共涉及七個要素的濃度，具體關系．１。逡逑Ｎ２氮氣逡逑

夏末該站點水表最高溫度大致維持在２８．５°Ｃ，為四年間最大；而２００２年夏末該逡逑站點水表最高溫度接近２７．５Ｔ，為四年間最小，反映了年間不同的熱能輸入情況。逡逑在圖３．１邋（下）中，２００３年與２００６年初混合層最大深度約為１５０米，卻小于接逡逑近２００米的２００４和２００５年初的混合層最大值。逡逑水�！梗�。0逡逑ｉ灥桯帽逡逑２００３邐２００４邐２００５邐２００６逡逑時間（年）逡逑１８邋￣１￣￣１￣１￣Ｊ￣１￣１￣１￣＿￣１￣￣１￣￣N＾￣■■一￣１￣１＾邋－２２０逡逑２００２邐２００３邐２００４邐２００５邐２００６逡逑Ｍ慕大站…＋…水表溫度邋一－？一混合１＾深度逡逑圖３．１百慕大站２００２？２００６年實測數(shù)據(jù)分布逡逑（上）水溫剖面分布；（下）水表溫度（虛線）以及混合層深度（實線）逡逑混合層以下等溫線的起伏基本反映了水體內(nèi)的熱擴散和輸移運動�？梢哉J為，逡逑等溫線抬升與上升流運動有關，下層低溫水體隨之入侵上層水體，造成水溫下降；逡逑相反，等溫線下壓與下沉流有關，熱量由上層水體向下傳遞，造成了下層水體的逡逑升溫效應。逡逑根據(jù)圖３．１邋（上）所示水溫剖面圖中等溫線的分布規(guī)律，明顯發(fā)現(xiàn)２００２？２００３逡逑年間等溫線在混合層之下的間距大于其余三年，即水體內(nèi)的溫躍層梯度要略小于逡逑其他年份，說明該年內(nèi)水體由上向下的熱擴散作用超出平常值。同時，注意到逡逑１９°Ｃ等溫線在２００２年夏季明顯下壓，其深度一度超過２５０米，意味著存有較為逡逑強烈的下沉流

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