基于拉格朗日质点追踪的黄海日本鲐早期输运

采用FVCOM模型生成三维物理场,基于个体模型参数化黄海日本鲐早期生活史过程,通过拉格朗日质点追踪的方法将模拟生成的4—8月物理场与生物模型耦合,构建基于个体的黄海日本鲐的早期输运动力学模型。模拟结果表明:所构建模型可以较准确地模拟出青岛石岛外海(青外)产卵场黄海日本鲐鱼卵和仔鱼的输运路径、密度分布及在黄海海域的滞留情况。研究发现,在平均气候条件下,青外产卵场的日本鲐在产卵之后总体向山东半岛南部输运,日本鲐鱼卵和仔鱼最终分布于32°N~37°N和121°E~124°E海域内,并在中韩渔业协定暂定措施水域(以下简称协定水域)有大量分布。从4月产卵开始,西部产卵场内部分日本鲐鱼卵和仔鱼就开始陆续进入协定水域中,并在7—8月间已有50%的超级个体进入协定水域中的40~80 m等深线内并被滞留超过300 h,说明该产卵场对协定水域的日本鲐资源补充贡献较大。日本鲐鱼卵和仔鱼的生物斑块密度和滞留区主要集中在34.5°N~37°N和121.3°E~124.3°E海域内,并确定该海域为黄海日本鲐仔鱼的主要育肥场,该育肥场有3/5的范围属于协定水域,说明协定水域的物理环境对青外产卵场的日本鲐资源补充量影响很大。不同年份间日本鲐鱼卵和仔鱼的输运分布具有明显差异,造成黄海日本鲐的输运分布产生年际差异的主要动力学原因是黄海冷水团的冷中心位置。

基于拉格朗日法的海藻场有机碎屑离岸输运研究

海藻场在海藻凋落盛期向海洋输送大量有机碎屑,为海藻场外围海域提供大量初级生产力,并在沉降后实现碳汇功能。本研究采用具有拉格朗日质点追踪模块的三维海洋数值模式(Estuarine Coastal Ocean Model,semi-implicit,ECOM-si),结合潮位、流速及漂流浮标轨迹跟踪观测,研究了枸杞岛西北侧天然海藻场有机碎屑输运与沉降的动力学机制及碳汇功能。结果显示,海藻场对周边海域碳汇贡献的空间分布格局呈现为以海藻场为中心的高值区,向西北–东南海域扩展分布并递减。水动力强弱和海藻碎屑粒径差异导致其沉降后的空间分布差异显著。大潮期间,海藻场对邻近海域碳汇贡献最高为699 g C/(hm^(2)·d)。碎屑粒径越小、沉降速度越小的海藻碎屑对外围海域碳汇贡献范围越大。海藻场碳汇功能不局限于邻近海域,不同粒径海藻碎屑每天为海藻场5 km外海域提供有机碳约7.5~33.7 kg C;小潮期间水动力较弱,约90%以上的海藻碎屑沉降至5 km以内海域。海藻场碳汇功能集中于沿岸邻近海域,对邻近海域有碳汇贡献的区域范围小,但强度大,最高为817 g C/(hm^(2)·d)。海藻碎屑脱落时的潮流方向和海藻场所处区位也是影响海藻场有机碎屑输运沉降和碳汇归趋的重要因素。赋予拉格朗日质点单位碳含量后,拉格朗日法在海藻场有机碎屑离岸输运沉降机制研究中具有可行性,可有效评估典型近岸海藻场对周边海域碳汇的贡献及主要动力学因子的作用。本研究可为我国海藻场本底调查及其生态辐射范围评估提供参考。

基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期生态模型构建

为了对西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期的生长、死亡、输运和分布等进行研究,将其生长、死亡等早期生物过程进行参数化,利用物理模型(FVCOM-Global)模拟生成北太平洋(10°~60°N,120°E~110°W)三维物理场,采用拉格朗日质点追踪的方法将物理模型和生物模型(基于个体模型)耦合,构建了基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期生态模型,并用此模型对1997–2010年冬春生群的输运分布进行数值模拟。模拟结果表明:在一定温度范围内,越靠近最适水温,冬春生群的生长速度越快,当日龄为38 d时,胴长可达到11.76 mm,之后由指数生长逐渐变为线性生长;1997–2010年模拟补充量有年际的波动,在考虑冬春生群亲体量不同的前提下得到的实际补充量最多和最少的年份分别是1999年和2009年;冬春生群在模拟阶段主要位于产卵场内,在25°N以南主要向西部输运,25°N以北逐渐呈向北和向东北方向输运的趋势,尤其在输运后期受强流的影响较大;在垂直方向上,100 m水深以内的仔鱼占比将近一半。本研究能为西北太平洋柔鱼冬春生群的生态动力学深入研究奠定基础。