海洋牧场溶解氧生态模型初探.pdf

第36卷第5期
海洋技术学报
Vol. 36, No5
2017年10月
JOURNAL OF OCEAN TE CHNOLOGY
oct,2017
doi:10.3969jjs.1003-2029.2017.05.019
海洋牧场溶解氧生态模型初探
孟鑫1,王冬2,李培良,范开国3,顾艳镇
(1.中国海洋大学海洋与大气学院,山东青岛266100;2.交通运输部北海航海保障中心天津海事测绘中心天津
300202;3中国人民解放军91039部队,北京102401)
摘要:文中利用黄海沿岸威海小石岛海洋牧场2016年6-11月份和荣成西霞口海洋牧场2016
年6-10月份海洋牧场海底观网实时高频温、盐、深、溶解氧、叶绿素浓度等水环境数据对牧场
的海底环境进行李节变代分析和日变化分析,并利用自由水城假设建立溶解氧生态模型,对两个
场的生忞系统新陈代谢参数进行计算并分析,得到其CP,R和NEP的月变化趋势,并结合实
刚溶解氧数据和海底视频,对生态系统稳定性较差的西霞口海洋牧场进行合理琔议。研究还发现
对于这两个浅水动物养殖型海洋牧炀,物理过程对解氧变化的贡献和生物过程相当。
关键词:溶解氧:海洋牧;新陈代谢;初级生产力
中图分类号:X834:P714.5文献标志码:A文章编号:1003-2029(2017)05-0120-07
海水中的溶解氧是衡量海气相互作用、水质和
海洋初级生产力的重要标志,过高或者过低的溶解
数据与方法
氧浓度水平都会危害水生生物的生活叩。海洋中的
溶解氧主要来源于两个过程:氧气通过海气界面进
牧场环境数据
人海水属于物理过程;水生植物光合作用释放的氧
海洋牧场实时髙分辦率水动力环境参数水温
山东省2015年全面启动海洋牧场观测网攻盐度、深度等数据以及水质参数溶解氧浓度、叶绿
气属于生物过程。
目,在全国率先建立以海洋牧场区水质和水动力环
温度、盐度、深度数据来自于海底观测平台
境监测为核心的海洋牧场观测网,从而实现海洋牧搭载的 ARDI CTD-NH温盐深仪。测量温度精
场生态环境的长期连续监控,获得海洋环境要素实度+005℃,分辨率0.00℃、盐度精度0.003
时高频数据到。
S/m,分辨率00001Sm、压力精度为全量程
另一方面,随着资源环境问是题的日益突出,海01%,分辦率0.00%。溶解氧浓度数据来自于海底
洋牧场建设面临着从经济型向生态型的转变发展。观测平台搭载的SBE43式溶解氧传感器。测量量程
本文通过学习国内外科学理论的基础上对海洋收为120%饱和度,测量精度是饱和度的+2%。叶绿素
场溶解氧参数进行分析和初步模型计算,以此来度浓度数据来自于海底观测平台搭载的SCF叶绿素
量水体营养状态和生态系统承载力,为海洋牧场科荧光计。其最小检测量为002pgL,测量精度
学管理和决策提供技术依据,推动海洋牧场建设的0.00pyL,量程为150gL。观测平台另搭载
可持续、健康发展;同时提出可行的改进技术,为以ROSC60o海底高清彩色摄像机完成水下环境的视
后的研究工作提供思路。
频连续观测,该系统辅助探头还包括水下灯和腐蚀
收稿日期:2017-04-10
基金项目:中央高校基本科研业务费资助专项(201562013;国家自然科学基金资助项目(41476002国家高技术研究发展计刘
2863计划重点项目资助?012AO9A403)2016年山东省重点研发计划资助项目(2016ZDJS09A02)
作者简介;孟鑫(1993-),女,硕土研究生,主要从事海洋牧场研究。Eー mail: xizi193425 Sinacom
通讯作者:顾艳镇,E-mil:56437843 Qgg comn
万方数据
第5期
孟鑫,等:海洋牧场溶解氧生态模型初探
在线监测仪。数据观测时间分辦率均为1min/次,本 consistent, Hierarchical,High- resolution Geography
文视处理情况取10min平均或1h平均来计算。
Database) Version 2.3.6
1.2实时风速数据
高精度水深数据来自 GEBCO_2014( Generall
海表面10m实时风场数据从威海市气象台站 Bathymetric Chart of the Oceans General Bathymetric
获得。风速风向以每小时的数据分辨率导出,另附 Chart of the0 ceans),分辨率1/120°。
日最大风速、日极大风速。根据海洋牧场地理位置,
海洋牧场界址坐标来自山东省海洋与渔业厅
本文选取威海站、成头山站的数据做分析,其地理《关于菜州湾东部等15处海洋生态修复项目可
位置如图1所示。
性硏究报告的批复》附件。本文选取的两个牧场其
1.3辅助数据
具体信息如图1、表1所示,两个牧场白天阳光均可
高精度岸线数据来自 GSHIHG( Global Self-到达海底深度,监测视频截取如图2。
表1研究牧场概况一览表
牧场名称
布放水深m离岸距离/km海域面积/ha
数据范围
数据长度有效长度d
威海小石岛(西港)游钓型海洋牧场
0.8
51.38802016/06/02-2016/1-30
182/148
西霞口集团国家级海洋牧场
2.81
1.0
47.44212016/05/30-2016/10/11
134/94
38N
水生生态系统的研究58,154。
根据自由水域的假定,海水中溶解氧浓度的变
化可以由下式表示:
=P-R+D, +A
式中:Q为单位面积的溶解氧变率;P为单位面
积的总初级生产力(GPP)变率;R为单位面积的呼
吸率;D为单位时间单位面积的混合扩散导致的海
气交换;A为小扰动(可忽略)。
本文所研究的海洋牧场观测系统布放深度均
较浅,且夏季观测到的最高水温也能达到25℃及
图1海洋牧场及气象台站地理位置示意图
以上,这与渤黄海夏季表层水温相一致,证明混合
可到达水底;此外秋冬季节混合作用可以直达海
底,故研究区域满足其假设条件。
1.5对海气交换项Dn的处理
气体的海气交换表达式如下
Dm(g 0/m h)=(02 0-020)/Zm
/hmas=(Scmc
式中:の2m为实测溶解氧浓度值;の2为该时刻
海水温度、盐度、压强条件下的饱和溶解氧浓度,本
图2各海洋牧场日夜视频截取(a.夜间、b.日间)
文饱和溶解氧浓度公式采取国家标准海洋调查规
1.4自由水域理论
范GB12763.4-2007-5.73)式門并根据 USGS NO.
Sargent 7和 Austin于1949年首次利用氧浓度的81.11进行气压订正;za表示混合层深度,本文所
昼夜变化计算出一个珊瑚礁系的生产率和呼吸率。研究的海洋牧场上下混合均一,故Za一项由水深
odum(9560首次提出昼夜变化的“自由水域(Fe-代替;k为气体交换速度项,单位一般为emh或mh
Waer)”理论的概念和计算方法来计算生态系统参指数n值的确定决定于海气交换界面是自由界面
数并分析水体营养状态門。“自由水域"法和过去用(取-12)还是固定界面取-23,本文研究取值-12