南海北部粒径分级浮游生态系统动力学模拟

The fluxes of carbon, photon, and heat through the air-sea interfaces are largely influenced by marine phytoplankton on global scale. Size-structure of phytoplankton community plays an essential role in regulating marine ecosystem dynamics and the ‘biological pump’, that controls the biogeochemical cycling of major elements in the ocean. Size-fractionate grazing, a key characteristics of planktonic community, is the major connection between stable and dynamic marine food webs. This study intends to develop a continuous size-structure model of planktonic ecosystem for the northern South China Sea. The model will be parameterized by field measurements including plankton size spectrum and remote-sensed phytoplankton size-structure, as well as the size-fractionate phytoplankton growth and grazing rates via dilution techniques. By coupling of the size-structure ecosystem model with the one-dimensional physical model, we hope to investigate the change of plankton size-structure in response to physical forcing and climate change. Our goals are to explore the mechanisms controlling spatial and temporal variations of plankton size distributions and to understand the impact of varying plankton-size-structure on ecosystem dynamics and carbon cycle of the northern South China Sea.

海洋浮游生物在全球尺度上改变大气与海洋之间的碳通量、光通量和热通量。浮游生物群落的粒径结构对于海洋生态动力过程和“生物泵”都有非常重要的调控作用，影响了主要元素的生物地球化学循环。粒径分级捕食过程是浮游生物群落的一个重要特征，是静态和动态海洋食物网之间的重要联系纽带。本研究拟构建一个适合南海北部浮游生态系统的连续粒径分级生态动力模型，并通过浮游生物粒径结构的现场观测和遥感观测、以及粒径分级浮游植物生长和死亡率观测对粒径分级生态模型进行参数化。拟通过一维物理模型与粒径分级生态模型的耦合，探讨南海北部典型区域浮游生物粒径分布对物理强迫和气候变化的响应机制，阐明浮游生物粒径结构时空分布的控制机理，揭示浮游生物粒径结构变化对南海生态系统动力学和碳循环的影响。

浮游生物在全球尺度上改变大气与海洋之间的碳通量、光通量和热通量，影响全球气候变化和元素生地化循环。浮游植物的初级生产力由群落结构所决定，还受到温度、光照和营养盐等众多环境因素的影响。浮游植物生产力的变化，在很大程度上决定了整个海洋生态系统的结构和功能。浮游动物能选择性地摄食不同个体大小的食物，使浮游生物量在更宽的粒径范围上实现再分布，从而控制了生态系统的基本结构。浮游动物粒径分级摄食机理是静态食物网和动态食物网之间的重要纽带。本研究围绕南海浮游生物粒级结构的时空变化以及控制因子，通过现场观测、实验和理论模拟解析浮游生物群落对物理动力和环境变化的响应机制。建立了分粒级浮游生态参数测定方法，揭示了环境变化对浮游生物系统粒级结构的影响，构建了分粒级浮游生态模型，并初步开展针对南海浮游生态系统的一维和三维物理-生态-生地化耦合模拟。研究结果对准确理解南海浮游生态系统长期变化和控制机理具有重要意义。为南海生物资源评估与渔业生态系统管理提供重要科学手段和理论依据。