近20年黄河口营养盐结构演变及现状研究

追踪和把握黄河口海域的营养盐分布和历史变化,不仅是西北太平洋边缘海域生源要素地球化学循环的关键内容,而且对区域富营养化和环境质量监管、污染综合整治具有重要意义。本研究延续该海域的营养盐及相关环境要素的现状调查,整理近20年的历史资料,分析黄河口营养盐组成和结构的发展趋势,揭示黄河口营养盐现状的主要影响因素。结果显示,溶解无机氮(DIN)、活性磷酸盐(DIP)和硅酸盐浓度总体由黄河口分别向北和向东南逐渐降低,但其组成和分布的时空差异较大,河口口门外出现异常高值;硝酸氮是DIN的主要组分,各组分相对贡献变化较大,都出现超过80%贡献率的状况;氮磷比(N/P)较高,最低为43.7。近20年黄河口海域DIN变化大致分为3段,2006年前逐渐增加到最高浓度(60 μmol/L),到2009年逐渐降至30 μmol/L,之后到2023年在浓度小于30 μmol/L的范围内波动;DIP浓度在2005年和2013年出现峰值,2006—2008年浓度较高,其他年度浓度较低。除2000年,黄河口N/P不低于25,2010年以来呈现持续升高的趋势。主成分分析结果表明,营养盐组成能显著表征黄河口水质特征。黄河口海域营养盐组成和分布的极不均匀性以及高N/P,使得黄河口水环境质量情势严峻。     

桑沟湾水动力特征及其对养殖容量影响的研究——观测与模型

主要介绍了从动力学研究桑沟湾养殖容量的主要思路、方法及结果。研究以精细过程观测为基础,以数值模型为手段,从物理海洋学角度考察养殖海区水动力特征,研究水动力对物质循环的影响、对颗粒态/溶解态营养物质的补充和对养殖生物量的影响,探寻不同养殖模式效果的技术路线;介绍了两个航次设计方案与目的。通过观测发现养殖对水动力垂直结构有很大影响,底层流速最大并滞后表层,发现弱动力条件下海底颗粒物和营养盐无法进入水体上层的事实。据此提出双边界层动力模型,建立一维数值模型进行机制探讨,将养殖阻力三维化建立水动力数值模型,定量给出养殖对水动力和水交换的阻碍;以此驱动三维养殖生态模型,充分考虑养殖对水动力的影响、水动力对生源要素的输运。建立了一个真正的物理-生物过程耦合模型。利用该模型进行的数值模拟和实验表明,贝藻兼养多元养殖是健康、高效养殖的有利措施;桑沟湾在现有养殖模式下,目前已基本达到了它的养殖容量,养殖品种分布不变,减少养殖密度至目前的0.9倍会略微提高产量,降低成本;减少湾口海带养殖密度,会大幅度提高贝藻兼养区的营养盐总量和养殖生物产量,从海带与贝类经济价值对比会有更高的效益。人为提高水动力混合或许是解决湾内营养盐缺乏的途径。     

黄海鳀鱼越冬洄游分布及其与物理环境的关系

依据2001~2003年间秋、冬季调查资料,对黄海鳀鱼的越冬洄游分布与环境因子的关系作了初步研究;利用一个以温、盐为参量的刻画海区物理环境对鳀鱼适合程度的指标(环境适合度),对环境因子在鳀鱼洄游分布中的作用做了初步的定量探讨。结果表明,鳀鱼的越冬洄游分布呈现出一种为温盐环境因子所“驱动”的态势;黄海冷水团和黄海暖流是其两个主要控制因素。秋季黄海冷水团决定着鳀鱼的洄游与分布,鳀鱼主要聚集于黄海冷水团的边缘、底层水温11~12℃等温线附近,冷水团边缘应是鳀鱼越冬洄游的主要路径。冬季黄海暖流决定了鳀鱼的越冬分布,鳀鱼主要密集于黄海暖流入侵所形成的暖水舌边缘、水温11~13℃等温线附近。物理环境适合度与鳀鱼的分布有着良好的匹配,适合度由低到高的负梯度方向决定了鳀鱼的越冬洄游路线,适合度高值区恰是越冬鳀鱼的密集区;表明适合度可作为一有效环境指标在预测鳀鱼密集区形成中发挥重要作用。     

桑沟湾多元养殖生态模型研究：Ⅲ海带养殖容量的数值研究

基于已建立的桑沟湾多元养殖生态模型,模拟得到桑沟湾海带的生长情况和最终的产量分布。并且运用数值实验的方法,通过改变海带养殖密度,探寻桑沟湾海带的养殖容量。结果表明,养殖密度越大,对海水流动的阻碍作用越强,海带生长期间由外海补充到湾内的无机氮营养盐就越少。因此,提高养殖密度,最终海带产量并非相应增加。由模型实验得到,0.9倍于现有养殖密度为最适养养殖密度,对应的最大海带养殖产出为7.21万t淡干重。     

近岸典型养殖海区潮流垂直结构的数值研究

采用改进的一维水动力模型对我国近岸典型筏式养殖海区的潮流垂直结构进行了数值研究。模型通过增加潮流上边界层来描述养殖活动与潮流垂直分布的关系。数值实验结果表明,高密度养殖对潮流的阻碍作用很强,使得海水表层流速显著减缓;当养殖密度达到临界值后,流速剖面出现变形,流速迅速减小。流速剖面随底应力的变化也会出现同样的变形。潮流流速及其垂直分布情况均受到上层养殖阻力和海底应力的共同作用,呈非线性变化趋势。潮流垂直结构就是对在外海传入潮波的驱动下,海水对上层养殖阻力和海底应力的适应与调整。这为进一步优化养殖设施布放、养殖品种安排等奠定了理论基础。生物生长与吊笼等因素对海水运动的阻力效应是需要进一步考虑的问题。     

桑沟湾多元养殖生态模型研究：Ⅱ生态环境模拟与生源要素循环

运用桑沟湾多元养殖生态模型,模拟得到了桑沟湾浮游植物和无机氮营养盐的年变化规律、水平分布的季节变化。结果表明,浮游植物生物量和无机氮营养盐浓度存在明显的季节变化,养殖活动的季节性增大了二者的季节变化幅度;桑沟湾浮游植物和无机氮营养盐的分布受大面积海带和贝类养殖的影响;外海营养盐补充是桑沟湾内无机氮营养盐的主要来源。     

桑沟湾多元养殖生态模型研究：Ⅰ养殖生态模型的建立和参数敏感性分析

建立了一个与考虑养殖阻力的水动力模型耦合的、以浮游植物生物量、无机氮浓度、悬浮有机颗粒物浓度、海带生物量为变量的桑沟湾三维多元养殖生态模型。模型考虑了养殖生物海带对海水流动的阻碍作用随其生长的动态变化,以及养殖生物和浮游植物之间对无机氮营养盐的竞争。最后,分别以浮游植物生物量和海带产量为目标变量,对参数的敏感性进行了分析。     

黄海与东海海域底层水温影响因素研究

根据ROMS海洋模式输出的1958—2005年东中国海水文要素数据、美国国家环境预报中心的位势高度场资料,对影响中国东部近海6个代表性区域热含量(代表底温)的因素进行了研究。结果表明:对黄海与东海研究海域底层温度而言,在季节变化上,热量的平流输送抑制了暖流区底层温度的季节变化,扩大了冷流区的季节差异。在年际变化上,离岸海域(特别是黄海中部)的平流热输送作用在春、夏季节较为明显。