[发明专利]一种基于高分辨率水动力模式的桑沟湾水质分析方法

说明书

本发明提供了一种基于高分辨率水动力模式的桑沟湾水质分析方法，属于水产养殖生态学研究领域，所述方法基于前期对桑沟湾海区的研究工作基础，融合了水域生态学特征参数与水动力参数，可根据水温、盐度和海流等物理海洋学参数的变化，运算得出氮营养盐、叶绿素、浮游动物和有机物等主要水质因子的三维空间分布情况及其随时间连续变化的过程。通过观察和分析这些数据及其变化规律，可以为养殖场选址和规划养殖生产提供参考，具有较高的应用价值。本发明光强削减系数从邻近海域的1.51提高至4.1，使得内部光强结构与观测值一致。本发明方法校准后的光强计算得到的光限制因子能够较好地再现该叶绿素次表层极大值。

技术领域

本发明属于水产养殖生态学研究领域，具体涉及一种基于高分辨率水动力模式(FVCOM)的桑沟湾水质分析方法，利用连续观测得到的水温、盐度和海流数据校准模型参数配置方案，通过模拟运算得到氮营养盐、叶绿素、浮游动物和有机物的分布规律的方法。

背景技术

中国是世界水产养殖第一大国，养殖总产量占全球产量的60％以上。多年来，在国家“以养为主”政策的支持下，中国的水产养殖业规模不断扩大，目前养殖总面积已经达到700多万公顷，其中海水养殖面积为200多万公顷。水产养殖活动不仅与其他用海方式存在冲突，因而容易受到外部不利因素(例如水质污染、溢油等)的影响，而且在养殖密度过高的情况下也会导致养殖水交换不足，从而导致水质恶化或者饵料生物(或者营养盐补充)不足，影响养殖生物的生长。

海域航次调查通常费用高昂，并且受水域环境和天气影响大，因此很难获取连续的海区大面调查数据。而水质因子对水产养殖生物有决定性影响；如果不了解养殖区的水质因子，养殖管理就较为盲目。

发明内容

本发明要解决的技术问题是建立一种基于高分辨率水动力模式 (FVCOM)的桑沟湾水质分析方法，利用连续观测得到的水温、盐度和海流数据校准模型参数化方案，通过模拟运算得到营养盐、浮游植物叶绿素、浮游动物和有机碎屑的分布规律的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于高分辨率水动力模式的桑沟湾水质分析方法，它包括以下步骤：

利用高分辨率水动力模式(FVCOM)模拟得到的温度、盐度和海流资料，构建桑沟湾水质模型；所述水质模型考虑了溶解态无机营养盐，浮游植物，食植性浮游动物和有机碎屑之间的生物过程；

浮游植物吸收营养盐为Michaeli—Menten关系，营养盐限制函数取氮、磷两者限制因子的最小值k_n，k_p分别为氮、磷相应的半饱和常数；式中的n、p分别为营养盐中的总氮和总磷；

光对浮游植物生长的限制函数为其中I＝ I₀e^-kz，I₀表示海表面处光强，光强削减系数k＝4.1，z为深度；根据 Liebig最小限制定律，光和营养盐对浮游植物生长的限制取二者的最小值f_N，L＝min(f_N，f_L)，海水温度影响浮游植物的生长为指数函数T表示水温，因此，浮游植物的光合作用生长函数P_G表达式为：

浮游植物的呼吸作用消耗函数P_R表达式为式中 P代表浮游植物总量；浮游动物对浮游植物的摄食函数Z_G表达式为Z代表食植性浮游动物总量；有机碎屑沉降函数为W_s为有机碎屑的沉降速率，z为深度；其它关于浮游植物的死亡和浮游动物的排泄、死亡以及有机碎屑再矿化在内的函数与相应的变量呈简单的线性关系为：

式中P代表浮游植物总量，Z代表食植性浮游动物总量，D代表有机碎屑总量，N代表溶解态无机营养盐总量，式中算子