三峡库区水华优势藻类生长动力学的普适性研究

从蓝绿藻中选取绿藻门的普通小球藻（Chlorella vulgaris,CV藻）为研究对象,应用Monod方程考察氮、磷营养盐对CV藻生长的影响,分别计算出CV藻对TP、TN的半饱和常数KSP和KSN.结果表明KSN〉〉KSP,说明TP对CV藻生长的影响明显大于TN.CV藻生长速率对磷质量浓度反应很灵敏：与空白值相比,在0.002 mg·L^-1的低浓度下μ就有提高,而浓度到0.2 mg·L^-1时,μ明显增大;但在0.000-0.050 mg·L^-1氮浓度范围内μ几乎没有变化.通过系统比较CV藻与优势蓝绿藻,甚至海水藻的生长动力学特征,探讨了CV藻与其它蓝绿藻的动力学普适性和共同性,证实这些藻类都具有非常类似的生长动力学和生态学特征.因此,推测CV藻生长动力学模型可以从整体上反映和代表库区优势蓝绿藻的生长行为.同时分析和归纳了蓝绿藻生长模型的相似性和规律性,得出三峡库区优势藻类生长行为存在普遍一致性的初步结论.

用准真实沙堆模型的自组织临界特性研究流域水华暴发行为

在引入多象限、优先级和表观摩擦系数等概念的基础上,重构了更具物理意义和更能反映自组织临界性的棱锥形准真实沙堆模型．通过大量仿真计算,研究了颗粒投放区域相对大小对沙堆自组织临界特性的影响规律,并借助内能、结构熵和自由能的概念,对沙堆系统进行了热力学分析．数值计算显示,沙堆模型的自组织临界特性与富营养污染流域暴发水华时的某些复杂非线性关系(例如藻类数量与pH值的关系,水库输出的氮磷物质的量之比与光合固碳消耗营养盐的速率系数的关系)和热力学规律(流域系统熵的变化)具有一致性．结果表明:沙堆模型的自组织临界性与实际流域中水华暴发现象之间存在很强的关联,因而自组织临界性理论有可能为研究水华暴发提供一种新方法．

模拟消落带水华暴发行为的数值沙堆模型

以长江最大支流汉江近年来水华污染的现场资料为例,通过氮磷浓度、水温、流速和光照等实测数据构建了消落带开放水域环境体系的数值沙堆模型,描述了藻类生长及水华暴发的动力学机制;利用数值沙堆系统崩塌行为反映出的频率-尺度幂律关系作为判断消落带水域是否暴发水华以及规模大小的依据,采用有限尺度标度分析从不同侧面验证了水华暴发系统的自组织临界性,并揭示出各种拟合参数与水华暴发规模之间的定量关系.研究表明,沙堆模型如果存在良好的幂律关系,相应的消落带水域将暴发水华,且幂律指数越大,水华污染程度越严重.