胶州湾生物-物理耦合模型参数灵敏度分析

参数灵敏度分析旨在评价模型中各参数对模拟结果的影响程度,是参数优化和模型校正的基础步骤,也是认识模型行为的重要工具。所建的胶州湾生物-物理耦合模型包括浮游植物、浮游动物、营养盐、碎屑和溶解氧5类状态变量,对其涉及的50个参数进行灵敏度分析,得到3个非常灵敏性参数、2个灵敏性参数、11个比较灵敏性参数和34个不太灵敏性参数。非常灵敏及灵敏性参数包括浮游植物生长速率(μPRPC)、暗反应修正因子(FAC)、光饱和强度(α)、浮游植物死亡率(μDEPC)和水体消光系数(bla),主要影响浮游植物生长和死亡过程,反映了浮游植物在生态系统中的基础性和重要性作用。这5个参数显著地影响碳和营养盐循环,是整个胶州湾生态系统最主要的影响参数,应优先进行优化。比较灵敏性参数的影响主要表现在营养盐对浮游植物生长或死亡的限制以及温度对光饱和量的限制,浮游动物生长、牧食和死亡过程以及浮游植物生物量对牧食的限制,叶绿素a的生产,缺氧条件下沉积物释放磷以及浮游植物对磷的摄取等过程,这些参数对于各状态变量的灵敏性存在不同程度的差异,从而表征不同的特点。与不太灵敏性参数相关的过程主要为叶绿素a和碎屑消光作用,温度对浮游植物生长、浮游动物牧食、碎屑和沉积物矿化的限制,碎屑和沉积物矿化与沉降,与无机氮相关的大部分过程,溶解氧浓度变化等,这些过程除了受模型内部参数影响外,还在很大程度上受水深、海水温度和陆源污染等外部因素影响。比较灵敏及不太灵敏性参数影响模型局部过程,是模型校正的重要依据,除了非常灵敏及灵敏性参数以外,叶绿素a、浮游动物、碎屑和无机磷四种状态变量可分别根据叶绿素a最大生产系数(K CHmax)、浮游动物一级死亡率(μDEZC1)、有机碎屑矿化率(μREDC)和浮游植物磷摄取的半饱和常数(h UPPP)进行校正。与营养盐相关参数的灵敏度分析表明,胶州湾浮游植物处于磷限制,无机氮主要受陆源排污影响。因此,对无机氮的校正主要通过合理设置沿岸河流径流量或陆源污染物浓度与比例以及无机氮初始场。溶解氧对各参数均不太灵敏。