变参数赤潮藻类生长模型的非线性动力分析研究

在对一个营养盐和赤潮藻类摄食模型进行非线性分析的基础上,提出了含有变参数的赤潮藻类生长模型。模型中用一个周期阶跃函数来近似模拟了藻类生长率参数,并对此模型做了数值模拟。结果表明,引入变参数后的模型更能体现藻类生长的季节性特点,和实际情况符合更好。     

水动力与生态耦合的赤潮藻类生长模型研究

针对近岸海域赤潮藻类生长及分布的特点,将简化了的赤潮藻类模型与水动力学中的对流扩散方程相耦合,建立了一个水动力与生态耦合的赤潮藻类生长的深度模型。模型中用一个积分形式的指数函数模拟了藻类生长过程,用一个一阶线性函数近似模拟了藻类的死亡过程,用藻类浓度的一阶导数项模拟藻类的输运过程,用浓度的二阶导数模拟了藻类的扩散过程,并用高精度的三阶迎风格式对模型进行了数值模拟,结果表明,该模型能正确的反映藻类的生长特点,与实际情况吻合良好。     

渤海赤潮藻类生态动力学模型的非线性动力学研究

基于渤海典型赤潮藻类——中肋骨条藻 ,考虑浮游动物的捕食、光照及营养物质的作用 ,建立了渤海湾的浮游动物—藻类—营养物质三者的动力学模型。运用现代非线性动力学理论着重分析了模型的稳定性及分岔行为。研究了多个参数对藻类生长的影响 ,发现某些参数对藻类的生长影响不大 ,而某些参数则会致使藻类模型出现分岔乃至混沌行为 ,并给出了这些参数的阀值 ,这与赤潮的形成 (爆发性增殖 )密切相关 ;并根据渤海湾的赤潮数据进行了有效的数值模拟 ,所得结果对于研究赤潮的形成机理有一定的参考价值     

封闭环境中赤潮发生过程的数学模纵

基于有连续注入营养基的培养室内微生物的连续培养模式,提出一种描述在封闭环境中赤潮发生过程的藻类生长的营养动力学模型。对4种不同形式的营养增长函数,讨论了营养物质增长速度对藻类生长的影响效果。利用微分方程定性分析方法,探讨了一次赤潮发生过程4个阶段的数学模拟问题,并给出具体划分4个阶段的数值计算方案。     

基于C/S架构的业务化赤潮漂移扩散预报

以风场、三维海流场数值预报结果作为输入强迫,建立了赤潮漂移扩散数值预报模型,并开发了相应的软件模块。模块基于C/S(客户端/服务器端)架构,通过数值模拟技术以及GIS、WebServices等信息技术,实现"提交预报请求—数值模式计算—预报结果可视化—预报产品生成"自动化赤潮漂移与扩散预报工作流程。该预报模块具备数据预处理、人机交互参数输入、数值模式计算、预报结果可视化和预报产品制作功能。以长江口附近海域历史赤潮为例进行后报试验,预测了赤潮藻团在风与流场共同作用下的漂移路径变化,结果与实际监测情况一致。该模块的业务化应用能进一步完善现有的赤潮预报系统,将成为赤潮防灾减灾的有力工具。     

赤潮藻类营养盐限制方程的非线性动力学研究

以赤潮代表性藻类－硅藻为研究对象，利用生物生长的生化机理，并考虑在海洋富营养化条件下氮和磷的浓度变化对藻类生长的影响及底物消耗和反馈机制，建立了新的藻类生长非线性动力学模型。首次利用现代非线性动力学的方法，研究了其解析解的分岔行为。指出了磷是影响藻类生长的限制营养盐因子，并对模型进行了仿真。文章对赤潮发生的预警和预测有一定的参考价值。     

赤潮发生和蔓延的动力机制数值模拟

海洋中发生的赤潮不是单纯的生物生态问题,而是在海洋动力环境条件控制下的生物生态问题.对4种情况进行数值模拟来证明动力条件对赤潮的发生、蔓延所起的重要作用.这4种情况是:(1)1998年春实际发生在香港海域的赤潮的生消全过程;(2)改变潮差后的赤潮生消全过程;(3)改变流场的扩散强度后的赤潮生消全过程;(4)通过工程措施改变海区的周边地形来控制赤潮的蔓延途径.这些模拟结果表明海洋的动力条件不仅对赤潮的蔓延发挥输运作用,而且对赤潮的形成有影响,在某些条件下它对赤潮的发生将起着决定性作用.     

东海原甲藻赤潮的垂向发展过程:生物-物理耦合数值模拟

近年来,东海原甲藻赤潮在我国东海近岸海域频繁发生。本研究利用生物-物理耦合模型对发生于2005年的东海原甲藻赤潮进行后报模拟,并对控制其起始与发展的因素展开研究。该模型由东海原甲藻种群动力学模型与多层嵌套的水动力模型组合。通过对比模拟结果与室内实验结果,证实种群动力学模型能够很好地重现东海原甲藻在不同光照与磷营养限制条件下的生长过程,同时能够再现藻细胞内部磷含量及藻类对外部营养盐浓度的影响。耦合模型能够较好地再现模拟海域水动力（见Sun et al.,2016）与东海原甲藻赤潮的时空分布。模拟的赤潮发展过程与此前研究中的观测结果一致,且模拟结果表明模型能够捕捉到赤潮初期种群的次表层孕育现象。随后模拟结果被用于诊断决定赤潮垂直分布的决定性因素,结果表明磷酸盐是控制这一现象的关键因素。同时,表层风场在决定赤潮的分布中扮演着重要角色。模拟结果强调了营养盐限制在东海原甲藻次表层孕育及消散过程中的作用,本文所建立的耦合模型需要进一步优化并应用于其它条件下东海原甲藻赤潮的研究中。     

最优插值法在东海赤潮高发区赤潮生消过程数值模拟中的应用

将最优插值法与赤潮数值模型相结合,针对时空分辨率不统一的卫星遥感数据及海洋常规调查数据,进行了东海赤潮高发区海表温度场及海表营养盐浓度场的数据同化研究,并在此基础上进行了该海区春季赤潮过程的数值模拟研究。数据同化结果显示,最优插值数据同化方法不仅在一定程度上修正了海表温度场模拟结果的误差,尤其体现在对赤潮藻的生长影响较大的温度区段18—20℃等值线的南移,而且较为明显地优化了研究海域海表营养盐浓度场,使模拟结果更加接近观测值。对比赤潮过程数值模拟结果发现,在未加同化情况下,海区赤潮藻并未形成大规模赤潮,并且消散较快;而在加入同化后,研究海域交替出现了硅藻及甲藻的大范围赤潮,赤潮生消过程与现场调查数据分析结果较为一致。耦合了最优插值数据同化方法的赤潮数值模型,由于具有改进海洋环境背景场的优势,因此可以在赤潮预报预警工作中得到较好应用。     

大鹏湾夜光藻赤潮的营养动力学模型

根据大鹏湾夜光藻Noctilucascintillans赤潮发生要素的结构关系，利用生物种群生态学和营养动力学的原理，提出夜光藻－硅藻－营养物质三者相关的动力学模型，模型中的参数将体现海况环境的有关因素。文中利用微分方程动力系统理论对模型作出定性分析，给出赤潮发生与否的某些判别条件；并根据1991年3月1日一4月30日大鹏湾所发生的夜光藻赤潮数据分别对1次赤潮全过程和有连续3次赤潮的情形进行了有效的数值模拟，所得结果对赤潮的预测预报研究有一定的参考价值。