【摘要】：本文的主要研究目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)三維水質(zhì)模型和物理-生物耦合模型，并以膠州灣為研究對象，討論該海域與富營養(yǎng)化密切相關(guān)的水體交換與營養(yǎng)鹽收支過程，為富營養(yǎng)化多年際變化的深入研究作準(zhǔn)備。具體來講，主要包括如下工作和結(jié)論： (1) 應(yīng)用美國普林斯頓海洋模型研究了膠州灣水動(dòng)力特征，為水體交換和營養(yǎng)鹽收支研究，提供動(dòng)力場。模型較好地再現(xiàn)了大港驗(yàn)潮站水位變化和浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡。計(jì)算結(jié)果表明，膠州灣潮波系統(tǒng)明顯表現(xiàn)脅振潮的性質(zhì)，自灣口傳播至灣頂大約需要6分鐘，振幅增加5cm左右；潮流呈往復(fù)流特征，轉(zhuǎn)流發(fā)生在高低潮。 (2) 建立了與動(dòng)力模型相耦合的三維水質(zhì)模型，計(jì)算了膠州灣水體的平均存留時(shí)間。研究發(fā)現(xiàn)，灣內(nèi)水體平均存留時(shí)間大約為52天，不同區(qū)域水交換能力差異頗大，灣口不到10天，而灣西北部則高達(dá)100天以上。在強(qiáng)烈潮混合作用下，水交換時(shí)間表底差異不大。膠州灣內(nèi)部各區(qū)域物理自凈能力的差異主要受兩個(gè)因素的影響：一是與灣口距離的遠(yuǎn)近；二是潮余流場結(jié)構(gòu)。灣內(nèi)水體與外海交換的同時(shí)，各子區(qū)域之間存在著強(qiáng)烈的相互作用。模擬的水交換結(jié)果與強(qiáng)降水過后鹽度恢復(fù)過程和鐳同位素觀測結(jié)果基本一致。 (3) 基于水交換模型的研究結(jié)果，討論了環(huán)境容量的計(jì)算方法。并首次指出，不應(yīng)把環(huán)境容量片面理解為在水質(zhì)不超過某環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值前提下，污染物的最大允許排放量；而是不破壞海域功能的前提下，排污企業(yè)(或社團(tuán))經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值總合達(dá)到最大時(shí)所對應(yīng)的排放量。并針對新的定義，嘗試概括了測算合理的污染物入海總量的步驟。 (4) 在水質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，建立了溫度模型，成功模擬了膠州灣近40年的水溫演變過程，并討論了水體的熱收支。該研究不僅可以為營養(yǎng)鹽季節(jié)變化提供必要的水溫場，也為今后研究富營養(yǎng)化長期演變過程奠定了基礎(chǔ)。研究表明，膠州灣水溫變化與黃�；鞠嗨疲谏鲜兰o(jì)60年代和70年代是降低的，而在最近的20年里持續(xù)升高。應(yīng)用EOF分析分別得出了冬季和夏季水溫的特征向量和時(shí)間系數(shù)。第一特征向量和它的時(shí)間系數(shù)對方差的貢獻(xiàn)率顯著(大于98％)，可以較好地描述水溫的空間和時(shí)間變化。 (5) 為了分析混合對生態(tài)變元的影響，特進(jìn)行了混合的強(qiáng)化觀測，并推算了密度擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)果表明，密度擴(kuò)散系數(shù)的時(shí)間變化率非常大，可在一個(gè)潮周期內(nèi)波動(dòng)一個(gè)量級。這為研究垂向混合參數(shù)對浮游植物生物量的敏感實(shí)驗(yàn)提供了有意義的背景。 (6) 建立了物理-生物耦合模型，討論了參數(shù)的敏感性和營養(yǎng)鹽與光照強(qiáng)度對生態(tài)系統(tǒng)限制的轉(zhuǎn)換。模型對于浮游植物最大生長率、浮游植物呼吸率、浮游植物死亡率、浮游動(dòng)物捕食率等參數(shù)比較敏感，而對半飽和常數(shù)和水體碎屑水解速率相對不敏感。雖然，從表面上來看，模型對垂向擴(kuò)散系數(shù)的敏感度不大，但由于目前的湍封閉模型，尚不能很好地刻畫擴(kuò)散系數(shù)復(fù)雜的時(shí)間變化，這勢必對生態(tài)系統(tǒng)的模擬有著較強(qiáng)的不確定性。冬季膠州灣表層大部分海域多受磷限制；春季，大沽河口附近水域磷相對不足，灣東北大部分區(qū)域硅不足，其余水域則受氮限制；夏季，團(tuán)島-黃島以北，磷限制明顯增強(qiáng)，墨水河與李村河附近水域表 現(xiàn)為硅限制，前灣與海西灣氮相對不足;秋季與夏季相似，只是墨水河與李村河 附近水域由硅限制轉(zhuǎn)換為磷限制。膠州灣底層限制因子較表層單一，大部分區(qū)域 除春季外，多表現(xiàn)為光限制。 (7)在上述工作的基礎(chǔ)上，模擬了1992年膠州灣營養(yǎng)鹽季節(jié)變化與收支。 營養(yǎng)鹽的變化多呈雙峰雙谷型，經(jīng)歷了春季的減少和夏、秋季回升、冬季積累， 浮游植物生物量變化對應(yīng)于營養(yǎng)鹽變化，在春季隨著溫度升高不斷增加，到5 月前后出現(xiàn)浮游植物的高峰，此后開始下降，至12月到達(dá)一年的最低值。從空 間分布來看，全年各月，營養(yǎng)鹽都呈現(xiàn)灣內(nèi)高而灣口低的趨勢。大沽河、李村河、 墨水河河口處的濃度明顯高于灣北中部海域;海泊河河口受氣旋式余流渦的影 響，水質(zhì)點(diǎn)搬運(yùn)能力強(qiáng)，與其它河口相比并未形成顯著的高值區(qū)。浮游植物在營 養(yǎng)鹽更新中起了重要的作用，浮游植物光合作用是營養(yǎng)鹽最大的匯，同時(shí)呼吸作 用又可以補(bǔ)充光合作用所消耗的營養(yǎng)鹽的2乃左右。河流輸送的氮磷總量要比大 氣沉降的貢獻(xiàn)高出一個(gè)量級;而輸送的硅總量與大氣沉降相當(dāng)。膠州灣海底對氮 和磷而言是匯;而對硅則是源，其對水體硅的輸送量是河流輸送的近20倍。經(jīng) 過一年的循環(huán)，大量營養(yǎng)鹽被輸送到外海，其中包括氮5.03 xl護(hù)t，磷0.17XI夕 t和硅3.37x 103t。 (8)通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)討論了生態(tài)系統(tǒng)對河流輸入、大氣沉降和水溫等外部強(qiáng) 迫變化的響應(yīng)。河流輸送量的變化，對氮的影響最顯著，對磷的影響次之，但硅 對河流的響應(yīng)并不強(qiáng)烈，這因?yàn)槟z州灣的硅主要來自底礦化.氮和磷對大氣沉降 通量表現(xiàn)為同位相變化，這在淺水區(qū)更明顯;春季，灣東北部海域硅酸鹽的濃度 卻有可能對大氣呈反位相變化，其原因主要是，春季由于浮游植物數(shù)量的增加， 營養(yǎng)鹽處于較低的水平，灣東北部大部分海域呈現(xiàn)硅限制，大氣輸入量的增加(減 少)，有可能會(huì)加速(延緩)浮游植物的生長，所消耗的硅大于(小于)大氣沉 降量的變化。水溫的變化對營養(yǎng)鹽有雙重影響，升溫(降溫)時(shí)，浮游植物對營 養(yǎng)鹽
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：X55
【圖文】：

膠州灣地形及地理位置

圖4.2.2流速大小(m/:)(a)、湍動(dòng)能耗散率(附”一3)(b)和密度擴(kuò)散系數(shù)(mZs一，)(e)連續(xù)剖面圖注:湍動(dòng)能耗散率和密度擴(kuò)散系數(shù)剖面圖是取以10為底的對數(shù)后的結(jié)果

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2798946