本文選題：加利福尼亞流系 + 物理——生態(tài)過(guò)程��； 參考：《中國(guó)海洋大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：基于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及三維水動(dòng)力——生態(tài)模型(ROMS-CoSiNE)結(jié)果,本文研究了1993-2012加利福尼亞流系(CCS)物理——生態(tài)要素(如風(fēng)場(chǎng)、流場(chǎng)、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽、浮游生物以及生產(chǎn)力)的時(shí)空分布特征及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制,尤其最能體現(xiàn)東邊界上升流區(qū)特征的中部海域,并探討了CCS生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制,主要得到以下幾個(gè)結(jié)論：(1)在CCS中部海域,觀測(cè)資料稀少,人們大多采用只含一種浮游植物的數(shù)值模型研究物理——生態(tài)要素的季節(jié)性變化,因此生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成的空間分布、季節(jié)性交替過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制都尚未清楚。本文采用含有兩種浮游植物的數(shù)值模型(ROMS-CoSiNE)來(lái)研究CCS中部海域浮游生物隨季節(jié)變化的交替過(guò)程,其中硅藻(s2)與中型浮游動(dòng)物(zz2)適于生活在高營(yíng)養(yǎng)鹽的海域(如近岸上升流區(qū)),小型浮游植物(s1)與小型浮游動(dòng)物(zz1)適于生活在營(yíng)養(yǎng)鹽貧瘠的大洋海域。與觀測(cè)數(shù)據(jù)的比較說(shuō)明ROMS-CoSiNE不僅能夠重現(xiàn)物理——生態(tài)要素時(shí)空分布的季節(jié)性演變特征,還能準(zhǔn)確地捕捉其動(dòng)力機(jī)制。ROMS-CoSiNE顯示,在近岸上升流區(qū),s2于5-6月份達(dá)到全年最大值,中型浮游動(dòng)物(zz2)于7月份達(dá)到峰值,而小型浮游植物(s1)與小型浮游動(dòng)物(zz1)分別在8月份與9月份達(dá)到最大值。浮游生物在空間上也存在明顯的季節(jié)性交替特征：夏季,營(yíng)養(yǎng)鹽的最大值發(fā)生在近岸,s2的最大值發(fā)生在離岸(0～100km)的海域,而zz2的最大值出現(xiàn)在離岸(100～150kmm)的海域,這間接反映了近岸上升流水團(tuán)隨時(shí)間的離岸輸送過(guò)程；秋季,離岸海域所有的浮游生物都下降,近岸上升流區(qū)的s2與zz2也急劇下降,但s1與zz1卻相對(duì)增加,二者最大值向近岸移動(dòng),模型結(jié)果顯示近岸上升流區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分發(fā)生了改變。ROMS-CoSiNE進(jìn)一步證實(shí),從夏季到秋季,近岸上升流區(qū)s2生物量的急劇下降并不是由營(yíng)養(yǎng)鹽降低引起的,而是由zz2的過(guò)度攝食導(dǎo)致的,離岸海域s2與s1生物量的降低主要是由于硝酸鹽濃度過(guò)低引起的。(2)由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)在時(shí)空分布上具有局限性,人們對(duì)CCS海域的研究多集中在近岸海域,因此CCS中部海域物理——生態(tài)要素的低頻變化及其動(dòng)力機(jī)制尚未清楚,尤其是離岸區(qū)域。與現(xiàn)有觀測(cè)資料比較顯示,ROMS-CoSiNE很好的模擬了CCS中部海域1993-2012物理——生態(tài)要素的低頻變化,雖然初級(jí)生產(chǎn)力的振幅與觀測(cè)有所出入,誤差主要來(lái)源于模型中生態(tài)參數(shù)的設(shè)置以及觀測(cè)資料自身的系統(tǒng)誤差。模式結(jié)果顯示,近岸上升流區(qū)表現(xiàn)出明顯的低頻變化,其動(dòng)力機(jī)制類似于季節(jié)性循環(huán),主要受沿岸風(fēng)調(diào)控；離岸加利福尼亞流區(qū)的低頻變化主要受垂直混合與海水層結(jié)的調(diào)控：在過(guò)渡區(qū),低頻變化既受到近岸上升流區(qū)域離岸輸送的影響,也受局地垂直混合與海水層結(jié)低的影響。(3)觀測(cè)資料有限,“研究局地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)過(guò)程”一般借助于數(shù)值模型,但目前的模型一般僅含有一種浮游植物,或者采用月平均資料驅(qū)動(dòng)模型,忽略浮游生物對(duì)中尺度渦(eddies)的敏感響應(yīng),使得結(jié)論可能與實(shí)際動(dòng)力機(jī)制不符。因此,開發(fā)既與實(shí)際觀測(cè)相符又含有多種浮游生物的高精度的物理——生態(tài)模型顯得極為重要。ROMS-CoSiNE不僅含有兩種浮游植物和兩種浮游動(dòng)物,而且時(shí)間分辨率為3天,空間分辨率為12.5km,能夠分辨中尺度渦過(guò)程。本文顯示ROMS-CoSiNE不僅能夠準(zhǔn)確的捕捉到1993～2012年CCS物理—生態(tài)要素的低頻變化,還能夠再現(xiàn)1997～1999年強(qiáng)ENSO事件對(duì)CCS的影響過(guò)程：首次的厄爾尼諾信號(hào)在1997年5月以第一斜壓kelvin波或沿岸陷波波速沿著CCS東海岸向高緯度傳播,第二次的厄爾尼諾信號(hào)于1997～1998年冬季在CCS海域達(dá)到最強(qiáng),并在CCS中部海域一直持續(xù)到1998年10月,直到1998～1999年冬季CCS海域才開始呈現(xiàn)拉尼娜信號(hào)。此外,該模型還顯示了1997～1999年強(qiáng)ENSO期間不同浮游植物的交替演變過(guò)程：在CCS中部海域的上升流區(qū),1997年～1998年厄爾尼諾期間,營(yíng)養(yǎng)鹽低于多年平均值,夏季s2呈現(xiàn)明顯的負(fù)異常,而s1卻達(dá)到最大值,遠(yuǎn)高于多年平均值,呈現(xiàn)明顯的正異常：1999年拉尼娜期間,夏季s2呈現(xiàn)明顯的正異常,而s1卻出現(xiàn)負(fù)異常。ROMS-CoSiNE還反映了CCS物理——生態(tài)要素對(duì)Pacific Decadal Oscillation (PDO)和North Pacific Gyre Oscillation (NPGO)的響應(yīng)過(guò)程。當(dāng)PDO正位相時(shí),CCS海域的風(fēng)應(yīng)力異常呈現(xiàn)中心位于大洋海域的氣旋式風(fēng)場(chǎng),異常的沿岸風(fēng)從低緯度吹向高緯度,使得離岸大洋海水發(fā)生異常的上升運(yùn)動(dòng),近岸海水發(fā)生異常的下沉運(yùn)動(dòng),離岸大洋上層海水的層結(jié)減弱,而近岸的層結(jié)增強(qiáng),因此營(yíng)養(yǎng)鹽與初級(jí)生產(chǎn)力在離岸大洋海域升高,在近岸海域降低。在NPGO正位相時(shí),風(fēng)應(yīng)力異常在40°N以北呈現(xiàn)氣旋式風(fēng)場(chǎng),在40°N以南呈現(xiàn)反氣旋,中心都位于離岸大洋海域。通過(guò)Ekman機(jī)制可知,40°N以北,離岸大洋海水異常上升,海水層結(jié)減弱,近岸海水異常下沉,層結(jié)增強(qiáng)；40°N以南,離岸大洋海水異常下沉,層結(jié)增強(qiáng),近岸海水異常上升,層結(jié)減弱。因此,40°N以北,營(yíng)養(yǎng)鹽以及PP在離岸大洋海域升高,在近岸海域降低；40°N以南,營(yíng)養(yǎng)鹽以及初級(jí)生產(chǎn)力在離岸大洋海域降低,在近岸海域升高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P731

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本文編號(hào)：1761756