长江口海区理化环境对初级生产力的影响

本文主要根据1985年10月长江口水文、水化学和初级生产力的同步调查资料,探讨了海水透明度、温、盐度和营养盐与初级生产力的关系,表明透明度是近河口水域初级生产力的主要限制因素,对叶绿素α含量没有明显影响,营养盐浓度对叶绿素α含量的影响大于对初级生产力的影响,营养盐对初级生产力没有明显的限制作用;过高的氮磷比不利于浮游植物进行光合作用。     

基于VGPM模型的广西北部湾近岸海洋初级生产力估算

以北部湾近岸海域为研究对象,基于海洋水质监测数据与海洋初级生产力实测数据,对VGPM模型各参数分别进行校正,评估校正后的模型估算精度.结果表明:通过参数校正能够有效减小初级生产力计算误差.根据校正模型计算可得,2018年北部湾近岸海洋初级生产力变化范围为101.27～2 161.75 mgC/(m2·d),北部湾近岸海...     

长江口邻域叶绿素a和初级生产力的分布

海水中的叶绿素a浓度是浮游植物现存量的重要指标,其分布反映出了水体中浮游植物的丰度及其变化规律.初级生产力反映了水域初级生产者通过光合作用生产有机碳的能力,是海洋生物链的第一个环节,是海洋生态系统研究的重要内容,也是海域生物资源评估的重要依据.河口及其邻近海域是人类活动较为频繁的海域,也是生物海洋学研究过程的重要区域.长江口是陆源物质输入东海的主要场所,径流把大量的悬浮泥沙和丰富的溶解营养盐带入海洋,造成了长江口邻近海域独特的生态环境特征,成为了诸多研究的焦点.     

湛江湾真光层深度与初级生产力的时空变化及其影响因素

基于2016−2017年4个季节航次数据,分析了湛江湾真光层深度与初级生产力的时空变化特征及其影响因素。结果表明,湛江湾真光层深度平均值为（6.95±3.17）m,空间变化比季节变化明显,K_d(PAR)与浊度存在显著的正相关关系,建立的线性回归模型R²为0.73（p<0.01）,表明悬浮颗粒物对湛江湾真光层深度的影响占主导地位。利用VGPM模型得到初级生产力（以碳计）的平均值为（639.53±427.95）mg/(m²·d),其时空特征与真光层深度基本保持一致,真光层深度比叶绿素a浓度更能解释初级生产力的时空分布模式。     

垂向二维潮流数值模型及其在长江口北槽的应用

应用变网格有限元方法，采用任意四边形等参单元，离散横向积分的Navier—Stokes方程，建立河口潮流垂向二维数学模型。应用此模型，对长江口北槽水域两个观测站的潮流水位、流速垂线分布和整个北槽潮流流速纵向分布进行了模拟。潮流水位、流速垂线分布的模拟值分别与观测站的实测值可以较为吻合，证明了本文模型的实用有效。模拟得到的涨急、落急时刻整个北槽潮流流速纵向分布给出了定性的结果。     

深圳沿岸海域净初级生产力的遥感反演及其时空变化分析

以深圳沿岸海域为研究区,以MODIS/AQUA卫星遥感产品为数据源,结合实测浮标数据修正了VGPM中叶绿素a含量的估算进而分析深圳沿岸海域净初级生产力的时空分布规律.研究表明:(1)深圳沿岸海域2014年2、5、8、10月的净初级生产力在空间分布上从近海向外逐渐降低,初级生产力整体呈现出"西高东低"的局面,且未有明显的季节性波动.(2)4个海区的叶绿素a含量均表现为夏季最高秋冬季次之,但各海区主要影响因素不同,珠江口主要受季风造成的浮游植物种类与细胞密度的季节变化影响,大亚湾主要受营养盐限制,大鹏湾的主导因素为湾内余流的季节变化,深圳湾的叶绿素a含量主要与浮游植物细胞密度的季节变化有关.(3)珠江口的初级生产力春夏季高于秋冬季;大鹏湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与叶绿素a表现一致;深圳湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与海表温度表现一致;大亚湾的初级生产力波动明显,夏冬季海洋初级生产力数值总体高于春秋季.     

基于浮游植物吸收的海洋初级生产力模型的不确定性分析

Satellite-derived phytoplankton pigment absorption(a_(ph)) has been used as a key predictor of phytoplankton photosynthetic efficiency to estimate global ocean net primary production(NPP). In this study, an a_(ph)-based NPP model(Ab PM) with four input parameters including the photosynthetically available radiation(PAR), diffuse attenuation at 490 nm(K_d(490)), euphotic zone depth(Z_(eu)) and the phytoplankton pigment absorption coefficient(a_(ph)) is compared with the chlorophyll-based model and carbon-based model. It is found that the Ab PM has significant advantages on the ocean NPP estimation compared with the chlorophyll-based model and carbonbased model. For example, Ab PM greatly outperformed the other two models at most monitoring sites and had the best accuracy, including the smallest values of RMSD and bias for the NPP estimate, and the best correlation between the observations and the modeled NPPs. In order to ensure the robustness of the model, the uncertainty in NPP estimates of the Ab PM was assessed using a Monte Carlo simulation. At first, the frequency histograms of simple difference(δ), and logarithmic difference(δ~(LOG)) between model estimates and in situ data confirm that the two input parameters(Z_(eu) and PAR) approximate the Normal Distribution, and another two input parameters(a_(ph) and K_d(490)) approximate the logarithmic Normal Distribution. Second, the uncertainty in NPP estimates in the Ab PM was assessed by using the Monte Carlo simulation. Here both the PB(percentage bias), defined as the ratio of ΔNPP to the retrieved NPP, and the CV(coefficient of variation), defined as the ratio of the standard deviation to the mean are used to indicate the uncertainty in the NPP brought by input parameter to Ab PM model. The uncertainty related to magnitude is denoted by PB and the uncertainty related to scatter range is denoted by CV.Our investigations demonstrate that PB of NPP uncertainty brought by all parameters with an annual mean of5.5% covered a range of –5%–15% for the global ocean. The PB uncertainty of Ab PM model was mainly caused by a_(ph); the PB of NPP uncertainty brought by a_(ph) had an annual mean of 4.1% for the global ocean. The CV brought by all the parameters with an annual mean of 105% covered a range of 98%–134% for global ocean. For the coastal zone of Antarctica with higher productivity, the PB and CV of NPP uncertainty brought by all parameters had annual means of 7.1% and 121%, respectively, which are significantly larger than those obtained in the global ocean. This study suggests that the NPPs estimated by Ab PM model are more accurate than others, but the magnitude and scatter range of NPP errors brought by input parameter to Ab PM model could not be neglected,especially in the coastal area with high productivity. So the improving accuracy of satellite retrieval of input parameters should be necessary. The investigation also confirmed that the SST related correction is effective for improving the model accuracy in low temperature condition.     

海洋透光率仪的设计及其在初级生产力研究中的应用

海洋浮游植物光合作用固碳在全球碳循环中扮演着极为重要的角色, 获取不同光衰减对应的海水深度, 对于采集水样用于海洋初级生产力的研究具有重要意义。本研究于国际上首次开发了无缆便携式海洋透光率仪, 特殊的光学结构设计和光谱滤光技术使得光谱响应在波段400~700nm范围内超过了同类海洋传感器, 特定光衰减下对应的深度误差小于0.5m。将本设备应用于南海中尺度涡旋初级生产力的研究中, 在采样率和自动化方面验证了仪器的便携性; 通过对涡旋中初级生产力的空间分布规律进行分析, 检验了仪器数据结果的可靠性。海洋透光率仪在价格、准确性、可靠度和操作的便携性上具有不可比拟的优势, 将在未来海洋生态环境的研究中发挥重要作用。     

海洋浮游植物初级生产力及碳生物量的检测技术研究进展

浮游植物是海洋生态系统中的主要初级生产者，构建海洋食物网、生物泵和元素循环（包括碳循环、氮循环和硅循环等）的基石。因此，海洋生态系统中的元素循环和能量流动均与浮游植物的生长和代谢息息相关。海洋碳循环是全球碳循环的关键环节，也是全球生态系统中生物地化循环的重要组成部分。尽管浮游植物在海洋碳循环中起着至关重要的作用，但是直接测定浮游植物的初级生产力和碳生物量依旧受到传统技术和方法的限制。本文详细介绍了有关浮游植物初级生产力和碳生物量检测的各种技术和方法，列举了其各自的优缺点。目前，测定海洋浮游植物初级生产力的主要方法有黑白瓶法、遥感估算法、碳同位素测定、快速重复率荧光法；测定海洋浮游植物碳生物量的主要方法有细胞体积转换法、流式细胞术、电子探针X射线显微分析、分位数回归模型估算法。通过对比分析发现碳同位素与快速重复率荧光法相结合可以更高效测定出初级生产力，而最具优势与应用前景的碳生物量检测方法是基于分位数回归模型估算法。其中，基于分位数回归模型估算法具有拟合异常值、测定结果准确等优势，能够实现现场浮游植物群落以及各个功能群碳生物量的估算，并能够与卫星遥感技术手段相结合，可以应用于大尺度和长时间序列的海洋浮游植物碳生物量估算。通过本文的综述，一方面为海洋浮游植物初级生产力和碳含量的研究提供一个基本和系统的认识，另一方面为深入研究浮游植物在海洋碳循环以及全球碳循环中的作用提供参考。     

两种紊流模型在密度分层流中的比较研究

通过3组理想化数值实验,比较近海区域最常用的2种紊流模型MY(Mellor,Yamada)模型和κ-ε模型在模拟密度分层流的差异,前2组突出风和底切应力对水流紊动的作用,后一组突出潮流的作用,模拟结果显示2种紊流模型在模拟密度分层流时,都能反映出密度分层对垂向紊动扩散的抑制作用,这是通过双方程中浮力项来体现的,相比之下...     

基于初级生产力的海洋生物资源承载力评估

资源环境承载力研究亟待突破承载阈值界定与关键参数率定的技术瓶颈,并建立一套标准化的定量评价关键技术。本研究基于“资源量?消费量”模型,通过调查与实验分析获取特定海区的初级生产力、浮游植物有机碳含量、鱼类营养级等关键参数值,采用营养动态模型和Tait沿岸海域能流模型来估算海洋生物资源总量,然后根据年人均水产品摄入量或年人均蛋白质摄入量来计算该海区海洋生物资源承载力的阈值。根据2016年对日照辖区海域的生态环境状况调查,该海域年平均初级生产力(以C计)为428.22 mg/(m2·d),浮游植物年生产量为918.51万t,鱼类、虾蟹类和头足类的平均营养级分别为3.85、3.92和3.90,利用营养动态模型计算海域渔业资源(鱼类、虾蟹类和头足类)的年生产量为3.89万t;根据Tait沿岸海域能流模型计算日照10 m等深线以内浅海的除去壳重的贝类资源量为5.50万t。按照年人均水产品摄入量为21 kg,计算出日照辖区海域的海洋生物资源承载力总和为192.86万人;按照年人均摄入蛋白质量为30 kg,计算出日照辖区海域的海洋生物资源承载力总和为16.87万人。本文建立了一项具有广泛适用性的海洋生物资源承载力定量评价技术,对科学地开发利用海洋生物资源和建立陆海统筹的资源环境承载力的监测预警机制起到积极的促进作用。     

东海南部海洋净初级生产力与鲐鱼资源量变动关系的研究

海洋初级生产力决定海洋渔业资源的潜在产量,我国应用海洋初级生产力方法估算渔业资源量亦已取得不少研究成果,但海洋生态系统中的营养控制机制复杂多样,将影响海洋初级生产力与鱼类资源量的关系。本文利用中国大型灯光围网渔业在东海南部渔场的鲐鱼(Scomber japonicus)捕捞数据与海洋净初级生产力的遥感资料分析了鲐鱼资源量变化与净初级生产力的关系,探讨了其生态系统营养控制机制。研究结果表明,净初级生产力与标准化CPUE(Catch Per Unit Effort)不存在显著的线性关系(P>0.05),但呈显著非线性关系(P<0.05),且这种非线性关系表现为倒抛物线,即鲐鱼资源量随净初级生产力的增加而提高,但当净初级生产力进一步增加,鲐鱼资源量则呈下降趋势。净初级生产力与标准化CPUE呈显著的倒抛物线关系表明生态系统存在上行控制机制,但并非受该机制完全控制。种间竞争或浮游动物资源量的变动均可能引起鲐鱼资源的相对丰度与净初级生产力呈倒抛物线关系。     

基于广义可加模型探讨大亚湾初级生产力月变化及其与环境因子的关系

In this study, the horizontal and vertical distribution of primary production(PP) and its monthly variations were described based on field data collected from the Daya Bay in January–December of 2016. The relationships between PP and environmental factors were analyzed using a general additive model(GAM). Significant seasonal differences were observed in the horizontal distribution of PP, while vertical distribution showed a relatively consistent unimodal pattern. The monthly average PP(calculated by carbon) ranged from 48.03 to 390.56 mg/(m~2·h),with an annual average of 182.77 mg/(m~2·h). The highest PP was observed in May and the lowest in November.Additionally, the overall trend in PP was springsummerwinterautumn, and spring PP was approximately three times that of autumn PP. GAM analysis revealed that temperature, bottom salinity, phytoplankton, and photosynthetically active radiation(PAR) had no significant relationships with PP, while longitude, depth, surface salinity, chlorophyll a(Chl a) and transparency were significantly correlated with PP. Overall, the results presented herein indicate that monsoonal changes and terrestrial and offshore water systems have crucial effects on environmental factors that are associated with PP changes.     

基于CDOM吸收系数的长江口DOC浓度反演模型的优化

卫星遥感的边缘海溶解有机碳(DOC)的时空分布对于厘清区域和全球碳循环具有重要意义。有色溶解有机物(CDOM)吸收系数[a_g(λ)]被广泛应用于构建边缘海DOC的卫星反演模型。不同的研究选择不同波长的a_g(λ),而不同波长的选择是否影响DOC反演结果的准确度却未见报导。针对此问题,本文以长江口为例,以2017年冬季、春季和夏季的调查数据为基础,探讨如何选择合适波长的a_g(λ)用于优化边缘海DOC的反演模型。首先,通过分析不同波长的a_g(λ)和DOC的相关性显示,当波长在250～385 nm时,a_g(λ)和DOC浓度呈现良好的线性关系(r~(2 )=0.67±0.01),DOC的均方根误差(RMSE=(25.1±0.5)μmol·L~(-1))也较小;随着波长的增大,两者之间的相关性急剧减弱,对应的RMSE也急剧增大。因此,DOC的反演宜选择波长小于385 nm的a_g(λ)。其次,通过分析a_g(λ)随波长的对数衰减关系显示,紫外波段的衰减速度通常要快于可见光波段。当以可见光波段的数据来拟合建立a_g(λ)随波长的对数衰减公式时,该公式可延伸用于估计波长大于380 nm的a_g(λ),其产生的误差通常在±5%以内;而对于波长小于380 nm的a_g(λ)则往往产生较大低估,且低估程度随波长减小而增大。因此,对于目前的水色卫星(未包含紫外波段),当使用可见光波段的遥感反射率[R_(rs)(λ)]通过GSM、QAA等模型进行反演时,对于波长大于380 nm的a_g(λ)的反演结果的置信度较高。综合上述分析,选择波长380～385 nm的a_g(λ)来构建长江口DOC的反演模型有利于降低反演结果的系统误差。长江口作为全球边缘海的典型代表,本研究的结果对于优化全球边缘海的DOC反演模型具有重要的指示意义。     

海洋生态动力学模型在海洋生态保护中的应用

介绍了海洋生态动力学模型的基本组成和分类。从初级生产力模拟、生态系统过程模拟和生态影响评价模拟三方面阐述了生态动力学模型在海洋生态保护中的应用,最后总结了海洋生态动力学模型研究中亟待解决的问题。     

西北太平洋海洋净初级生产力与柔鱼资源量变动关系的研究

海洋初级生产力在海洋生态中扮演重要角色,其变化影响了海洋渔业的潜在产量。本文根据2004-2013年中国鱿钓组提供的西北太平洋柔鱼(Ommastrephes bartramii)捕捞数据和海洋遥感净初级生产力数据,研究了柔鱼冬春生西部群体资源量变动与净初级生产力的关系。结果发现,柔鱼渔场范围内净初级生产力在经度方向上呈明显的季节性变化,冬春季低,夏秋季高。捕捞月份7-11月对应的适宜净初级生产力范围分别为500~700 mg/(m2·d)(以碳计),500~800 mg/(m2·d),500~1000 mg/(m2·d),500~800 mg/(m2·d)和300~500 mg/(m2·d),最适净初级生产力分别为700 mg/(m2·d),600 mg/(m2·d),700 mg/(m2·d),600 mg/(m2·d)和400 mg/(m2·d)。7-11各月最适净初级生产力平均纬度与捕捞努力量纬度重心呈显著正相关关系(P<0.05),说明了捕捞努力量位置在渔场中不是随机分布,可能受最适净初级生产力的纬度分布的影响。柔鱼年间资源丰度与各年3月份净初级生产力以及7-11月份平均净初级生产力大小显著正相关(P<0.05)。推测每年柔鱼资源量大小可能是由3月份产卵场海域和7-11月捕捞月份渔场净初级生产力水平交互作用的结果。研究表明,异常环境条件(厄尔尼诺和拉尼娜事件)对柔鱼产卵场和渔场的净初级生产力具有显著影响,但调控机制不同。     

中国近海鲐鱼资源时空分布与海洋净初级生产力的关系研究

海洋净初级生产力影响了浮游动植物的空间分布和丰度,因此决定了海洋渔业的潜在产量。本文根据2006-2015年7-9月中国远洋渔业数据中心提供的中国近海鲐鱼捕捞数据和海洋净初级生产力遥感数据,以单位捕捞努力量渔获量（CPUE）表征资源丰度,以经度和纬度重心表征空间分布,分析研究了鲐鱼资源丰度和空间分布与海洋净初级生产力的关系。研究结果表明,2006-2015年鲐鱼产量、CPUE、经度和纬度重心呈现明显的月份和年际变化,7-9月渔场内净初级生产力空间分布模式不同。频率分布结果表明7-9月鲐鱼对应的适宜净初级生产力浓度范围分别为300~500 mg/（m2·d）（以碳计,下同）,300~400 mg/（m2·d）,300~400 mg/（m2·d）。相关分析结果表明,鲐鱼资源丰度与适宜净初级生产力海域范围比例呈显著正相关,且鲐鱼纬度重心与适宜净初级生产力海域平均纬度呈显著正相关关系,这表明渔场内的净初级生产力大小和分布模式显著影响鲐鱼的资源丰度和渔场重心位置。在鲐鱼主要分布海域25°~30°N,120°~130°E范围内,鲐鱼资源丰度与净初级生产力大小呈显著负相关关系。此外,不同气候条件下鲐鱼渔场净初级生产力大小变化不同,2007年和2010年强拉尼娜年份以及2009年中强厄尔尼诺年份鲐鱼渔场范围海洋净初级生产力降低,但适宜的海洋净初级生产力范围增大,导致鲐鱼资源丰度上升;而2015年超强厄尔尼诺年份鲐鱼渔场范围内海洋净初级生产力上升,但适宜的海洋净初级生产力范围显著减小,因此鲐鱼资源丰度相对降低。研究表明,中国近海鲐鱼资源时空分布与海洋净初级生产力具有显著关联。     

底栖生物生产力现场测试系统(BCSPM)的建立及其初步实验结果

为对生态系统的健康评估及底栖生物资源的开发利用提供技术支撑,在胶州湾筏式养殖水域,建立了底栖生物生产力现场测试系统(BCSPM),并在光照和黑暗条件下测定了沉积物海水界面溶解氧随时间的变化、计算了氧通量、估算了底栖总初级生产力和群落呼吸。在光照较强的中午时刻测定的群落总生产力为20．76mgCm^-2h^-1;养殖水域沉积物中的群落呼吸要高于邻近水域。BCSPM整体运转良好,初步结果为系统的改进和进一步实验提供了依据。     

基于水动力ROMS与BOX耦合模型的长江口及邻近水域水通量及水体交换特性

本研究将水动力模型ROMS(regional oceanic modeling system,区域海洋模式系统)与箱式(box)模型结合,详细阐述了长江口及邻近水域四个季节的水通量特征及水体交换特性。研究发现:总的水通量整体受季风控制,季风的作用在于使水体在南北方向上交替输送,而台湾暖流对春夏季底层水南向输运具有重要作用;直接进入123.5°E以东外海区域的水通量很小,而是先从南边界流出研究区域,然后通过海洋环流系统进入外海。在强烈季风下,水体更新依赖于季风方向的水平通量,主要是同层水体而不是表底层水体之间的交换。虽然水体更新时间较长的区域与缺氧区基本一致,但本研究认为该区域底层水体缺氧的本质原因是跃层阻隔了表底层水体之间的交换。     

海洋大型底栖动物群落次级生产力估算模型研究进展及应用评价

大型底栖动物是海洋生态系统的重要组成部分,在生态系统物流和能流中占有重要地位。定量估算海洋大型底栖动物次级生产力在其功能研究中具有重要意义。本文综述了海洋大型底栖动物次级生产力估算模型研究的3个阶段:起步阶段(1979-1990)、发展与完善(1990-2001)、成熟并广泛应用(2001-至今)。国内关于海洋大型底栖动物次级生产力估算基本都采用Brey(1990)经验公式,采用经验公式的方式可分为3类:逐种计算、按站位计算和按类群计算,逐种和按类群计算最符合Brey(1990)给出的参考步骤。不同方法估算同一海域次级生产力结果不同,同一估算方法估算不同生境不同群落次级生产力结果偏差也不同。今后的工作应注重种群次级生产力研究,积累大量基础数据,以便建立适宜我国特定海域的大型底栖动物次级生产力估算模型。