黄海浮游植物生物量年际变化及其影响机制的数值研究

海洋浮游植物是海洋食物网结构与功能的基础环节，是海洋调节气候变化的重要途径。黄海浮游植物生物量是评估该海区潜在生物资源和固碳能力的基础，它存在明显的年际变化，其影响机制尚不清楚。作为半封闭陆架海的典型，了解黄海浮游植物生物量年际变化的规律与影响机制，具有重要的科学意义，且对该大海洋生态系统管理与潜在资源评估具有重要的应用价值。本文拟运用三维物理-生物耦合的浮游植物系统生态模型，对2000-2010年黄海物理环境、营养盐及浮游植物生物量进行模拟，结合历史观测资料调试模型、校验模拟结果、确定模型参数，最终模拟得到各要素连续的时空分布；统计分析黄海浮游植物各生长过程及全年生物量的年际变化特征；定量分析黄海物理环境（如：湍流混合、暖流、冷水团、跃层、锋面强度等）的变化对浮游植物各生长过程营养盐补充与比例变化、光的可获性、物理聚集作用及生理特征的影响，探讨影响黄海浮游植物生物量年际变化的动力机制。

项目组按照原计划开展了研究工作，取得了预期研究成果，迄今为止，已发表学术论文2篇，其中SCI收录1篇，另有1篇中文核心期刊论文已接受，2篇英文论文已投SCI期刊，正在二审阶段。经过三年努力，研究采用卫星资料、历史观测资料和模型模拟相结合的方法，研究了黄海浮游植物生物量年际变化及其原因，主要取得了三方面的研究成果：1、黄海中部春季水华过程的触发时间、水华强度和持续时间存在显著的年际变化，且与水华发生前和发生时的大气强迫有显著的关系。水华触发前大气向海洋输入的湍动能越大，水华触发越晚，说明水华触发在营养盐充足的时期，更需要的是稳定的水体条件；水华强度与水华期间的平均湍动能没有明显的相关性，此时大气向海洋输入湍动能不仅影响水体稳定性还影响营养盐的补充，其相反的作用降低了与水华强度的相关性；水华期间平均湍动能越大，营养盐能够得到持续的补充，不一定能带来较强的水华，却可以延长水华的持续时间。模型实验的定量研究也得到了相似的结论。（2）黄海中部夏季次表层叶绿素最大值位置和强度存在显著的年际变化。最大值的位置与营养盐跃层底部位置一致，最大值的大小由最大值出现位置的光强强弱决定；最大值出现的位置比浮游植物生长最优的位置深2-3.5m，但二者在年际变化上有很好的相关性。对于层化水体中次表层叶绿素浓度最大值的稳态理论推导也得到了相似的结论，并探讨了其年际变化与水体物理条件的关系，影响次表层最大值位置和大小的主要物理因素是混合层以下的水体湍混合系数和浮游植物沉降速率。（3）黄海近岸海湾浮游植物季节变化特征与黄海中部海区并不相同，其年际变化的原因主要是受到人类活动排放营养盐的量和比例变化的影响，选取胶州湾，将模型简化为箱式模型模拟胶州湾三个典型年代的浮游植物生物量和营养盐状况，营养盐外源输入对胶州湾内浮游植物生物量和群落组成的年际和长期变化起了决定因素。河流输入是支持硅藻生长的主要硅酸盐来源，污水排放加强了硅藻生长的硅酸盐限制；养殖活动排放可以促进甲藻的生长；大气沉降对湾内浮游植物生物量和群落组成变化影响不大。