渤海环境动力学导论PDF电子书下载

第一章 渤海环境的基本特征 1

一、渤海的水文气象特征 1

二、渤海的环境和生态特征 5

三、从单学科到多学科的交叉研究 9

参考文献 11

第二章 渤海环流和输运动力学 12

一、渤海动力学系统 12

二、浅海环流和输运研究简史 14

三、浅海环流和输运动力学基础 19

四、渤海环流 26

参考文献 40

第三章 渤海悬浮物输运动力学 45

一、渤海悬浮物的基本情况 45

二、渤海悬浮物的观测事实 49

三、渤海悬浮物输运动力学模型 61

四、渤海悬浮物输运模拟结果 66

参考文献 75

第四章 渤海生源要素的迁移与归宿 78

一、引言 78

二、野外观测、实验材料与方法 79

三、结果 81

四、渤海中化学元素的周转、收支、季节与年际尺度的变化 101

五、小结与存在的问题 115

参考文献 116

第五章 渤海浮游植物系统的观测与模型 118

一、渤海浮游植物群落结构的初步研究 118

二、渤海浮游植物生物量与营养盐时空变化历史回顾 143

三、渤海初级生产与营养盐循环三维模型 149

参考文献 169

第六章 渤海的底栖生物群落 174

一、底栖生物群落生态的方法学 175

二、渤海的沉积环境 181

三、渤海的大型底栖动物 186

四、渤海的小型底栖生物群落 204

五、底栖生物的实验生态研究 227

参考文献 237

第七章 浅海水层－底栖生态动力学的多层箱模型研究 242

一、渤海海面太阳辐照强度的观测分析与计算方法研究 242

二、渤海水层底栖耦合生态模型及系统季节变化的模拟分析 247

三、营养硅盐对渤海生态系统季节变化影响的模拟分析 259

四、渤海、黄海中央区浮游生态效率年变化的对比分析 266

五、陆架浅海沉积物－海水界面溶质通量的计算方法及其应用 273

参考文献 279

跋 282

图1-1 渤海地形图 2

图2-1 渤海冬、夏季环流流型示意图 26

图2-2 1993年夏季渤海湾底层人工水母漂移方向 27

图2-3 2002年夏季渤海观测得到的底层拉格朗日平均速度 28

图2-4 渤海斯托克斯漂移速度的分布 33

图2-5 渤海欧拉余流的分布 33

图2-6 渤海拉格朗日余流的分布 33

图2-7 模拟得到的月平均流场 36

图2-8 渤海中部东西断面的温、盐月平均分布（左起渤海湾，右至渤海海峡） 38

图2-9 渤海内三个站位的海表温度、海表盐度的时间序列 39

图3-1 渤海沉积物类型分布 46

图3-2 渤海水深及中德合作渤海调查站位图 49

图3-3 2000年夏季渤海调查站位 50

图3-4 1998年9月航次第一遍渤海悬浮物质量浓度各层水平分布 51

图3-5 1998年9月航次第二遍渤海悬浮物质量浓度各层水平分布 52

图3-6 1999年4月航次第一遍渤海悬浮物质量浓度各层水平分布 53

图3-7 1999年4月航次第二遍渤海悬浮物质量浓度各层水平分布 54

图3-8 2000年9月渤海悬浮颗粒物质量浓度分层分布 55

图3-9 2001年1月渤海悬浮颗粒物质量浓度分层分布 55

图3-10 1999年5月6日从SeaWiFS获取的渤海悬浮颗粒物质量浓度表层分布 56

图3-11 1999年航次E1连续站悬浮物质量浓度及海面10m风速时间序列 57

图3-12 1999年航次E1连续站底层悬浮物质量浓度及底层流速时间序列 58

图3-13 2000年9月航次避风前32个站表层悬浮物质量浓度分布 59

图3-14 S6站浊度剖面时间变化图及底层流速时间序列 59

图3-15 S6站海面风速图 60

图3-16 S6站浊度剖面时间变化图及表层北偏东75°流速分量时间序列 60

图3-17 计算网格图 66

图3-18 1998年10月12日日平均深度平均悬浮物质量浓度图 67

图3-19 1999年5月6日日平均深度平均悬浮物质量浓度图 67

图3-20 1982年4月渤海月平均深度平均悬浮物质量浓度分布图 68

图3-21 1982年7月渤海月平均深度平均悬浮物质量浓度分布图 69

图3-22 1982年10月渤海月平均深度平均悬浮物质量浓度分布图 69

图3-23 1982年4月潮流波浪引起的渤海海底最大底摩擦速度图 70

图3-24 1982年7月潮流波浪引起的渤海海底最大底摩擦速度图 70

图3-25 1982年4月潮流引起的渤海海底最大底摩擦速度图 71

图3-26 悬浮物质量浓度分布图 72

图3-27 海底底质中细颗粒物质含量变化分布图 72

图3-28 莱州湾某点处悬浮物质量浓度垂直分布时间序列 73

图3-29 以3月1日为基准渤海海峡水的交换量 74

图3-30 以3月1日为基准渤海海峡悬浮物输出量 74

图3-31 以3月1日为基准渤海海峡悬浮物输出量占同期黄河排出沙的比例 75

图4-1 中德合作的野外观测区域 79

图4-2 渤海中部表层（实线）与近底层（虚线）水中营养盐的分布 82

图4-3 秋季渤海海峡 83

图4-4 春季渤海海峡 84

图4-5 B1连续站观测到的营养盐的变化 85

图4-6 E3连续站观测到的营养盐的变化 86

图4-7 A2连续站观测到的营养盐的变化 86

图4-8 A4连续站观测到的营养盐的变化 87

图4-9 浮游植物对营养盐的吸收实验结果 89

图4-10 渤海秋季航次中的溶解有机碳与有机态的营养盐 90

图4-11 渤海春季航次中的溶解有机碳与有机态的营养盐 92

图4-12 秋季航次中垂向剖面上有机与颗粒态碳和营养盐的分布特点 93

图4-13 春季航次中垂向剖面上有机与颗粒态碳和营养盐的分布特点 96

图4-14 渤海1998年及1999年航次溶解态铝浓度表底分布图 99

图4-15 渤海1998年和1999年航次溶解态硒（IV）、DISe的表底分布 99

图4-16 渤海1998年和1999年航次溶解态无机砷的表底层分布 100

图4-17 渤海垂向剖面中营养盐（如DIN）的更新时间估计 103

图4-18 渤海的溶解有机碳与营养盐之间的比值及其和盐度的关系 104

图4-19 渤海颗粒态碳与营养盐之间的比值及其和盐度的关系 106

图4-20 航次中观测到的营养盐的短期与季节性变化的对比和盐度改变之间的关系 109

图4-21 渤海1998年及1999年两个航次中溶解态铝与盐度的关系 111

图4-22 渤海1998年及1999年航次中溶解态铝与悬浮颗粒物浓度（SPM）的关系 111

图4-23 渤海1998年和1999年航次中溶解态Se（IV）、DISe与盐度、悬浮颗粒物浓度的关系 113

图4-24 渤海1998年和1999年航次中溶解态砷（DIAs）与盐度、悬浮颗粒物浓度的关系 114

图4-25 渤海营养盐的收支 115

图5-1 调查区表层叶绿素a质量浓度平面分布 123

图5 2 浮游植物细胞丰度的平面分布 125

图5-3 浮游植物细胞转换碳含量平面分布 127

图5-4 渤海浮游植物粒级分布 129

图5-5 调查区初级生产力平面分布 131

图5-6 渤海硅藻和甲藻的细胞丰度平面分布 135

图5-7 长岛甲藻硅藻比率、硅氮比率、温度和细胞丰度的周年变化 138

图5-8 1998年9～10月赤潮发展时角藻的分布 140

图5-9 渤海中营养盐的历史变化与生物量的改变 144

图5-10 长岛的叶绿素a与磷酸盐浓度变化的年循环 145

图5-11 渤海年均水文要素40年变化 147

图5-12 黄河年均径流量的变化（利津站） 147

图5-13 渤海DIN、DIP年均浓度变化 148

图5-14 考虑浮游植物、磷酸盐和底栖碎屑的磷循环模型 153

图5-15 渤海N、P年循环 157

图5-16 模拟营养盐水平分布 158

图5-17 渤海月平均浮游植物生物量、磷酸盐浓度、无机氮浓度年循环的模拟 161

图5-18 叶绿素a质量浓度水平分布的季节变化 162

图5-19 水平对流对叶绿素a质量浓度水平分布的影响 165

图5-20 叶绿素a质量浓度断面分布的季节变化 167

图6-1 渤海底栖生物取样站位分布图 175

图6-2 群落多元分析流程 180

图6-3 生物与环境的多元相关分析示意图 181

图6-4 渤海两个航次沉积物各参数的比较 182

图6-5 渤海沉积物中叶绿素和脱镁叶绿素的分布 184

图6-6 976航次大型底栖动物种类丰度聚类分析结果 191

图6-7 976航次5个站位大型底栖动物的k优势度曲线 191

图6-8 979、989和994航次三个相同站位的平均多样性比较 193

图6-9 989航次渤海大型底栖动物的聚类和非参数多变量群落结构标序 193

图6-10 渤海994航次大型底栖动物的群落划分 197

图6-11 渤海湾大型底栖动物的群落划分 201

图6-12 渤海大型底栖动物群落结构的划分在989环境因子PCA标序图上的叠加 201

图6-13 976、989和994航次的ABC曲线 203

图6-14 渤海4个生物群落的ABC曲线 204

图6-15 1997年6月航次小型底栖生物及其主要类群的平面分布 206

图6-16 989航次和994航次小型底栖生物的平面分布 207

图6-17 小型底栖生物及其主要类群的垂直分布 208

图6-18 渤海小型生物调查站位 210

图6-19 渤海线虫的群落划分 214

图6-20 11个环境因子（水深、盐度、沉积物粉砂含量、中值粒径、异质性系数、叶绿素a、脱镁叶绿素、有机碳含量、大型动物丰度、生物量和种数）的主成分分析标序 216

图6-21 种、属、科水平多样性指数的比较 216

图6-22 中性模型计算结果 220

图6-23 渤海20个站位桡足类聚类分析结果 222

图6-24 渤海20个站位桡足类MDS标序分析结果 222

图6-25 渤海示意图（5个站位组合的位置） 223

图6-26 重要的单个环境因子叠加在桡足类MDS标序分析 225

图6-27 3个重要环境因子的PCA分析结果 225

图6-28 桡足类多样性指数随远离黄河口的变化 226

图7-1 1998年9月24日～10月7日渤海海面太阳辐射日总量与日平均总云量、低云量的实测结果 244

图7-2 1999年4月28日～5月11日渤海海面太阳辐射日总量与日平均总云量、低云量的实测结果 244

图7-3 渤海海面太阳辐射日总量结果 245

图7-4 1998年9月24日～10月7日渤海海面太阳辐射日总量 245

图7-5 1998年9月24日～10月7日渤海海面太阳辐射日总量计算与实测结果 246

图7-6 1999年4月28日～5月11日渤海海面太阳辐射日总量计算与实测结果 246

图7-7 渤海海上调查区域及模型分区 248

图7-8 浅海水层-底栖耦合生态系统能流结构框图 249

图7-9 渤海浮游植物生物量季节变化的模拟结果 255

图7-10 渤海浮游动物生物量季节变化的模拟结果 255

图7-11 渤海各海区总无机氮季节变化的数值模拟结果 256

图7-12 渤海各海区总无机磷季节变化的数值模拟结果 256

图7-13 渤海DOC季节变化的数值模拟结果 257

图7-14 渤海POC季节变化的数值模拟结果 257

图7-15 渤海溶解氧季节变化的数值模拟结果 257

图7-16 海底沉积层中大型底栖动物生物量季节变化的模拟结果 258

图7-17 海底沉积层中有机碎屑季节变化的模拟结果 258

图7-18 海底沉积层中小型底栖生物量季节变化的数值模拟结果 258

图7-19 海底沉积层中细菌生物量季节变化的数值模拟结果 258

图7-20 渤海浮游植物生物量季节变化的模拟结果（加硅方程） 262

图7-21 渤海浮游植物生物量季节变化的模拟结果 262

图7-22 渤海浮游动物生物量季节变化的模拟结果（加硅方程） 262

图7-23 渤海浮游动物生物量季节变化的模拟结果 262

图7-24 渤海各海区总无机氮季节变化的数值模拟结果（加硅方程） 263

图7-25 渤海各海区总无机氮季节变化的数值模拟结果 263

图7-26 渤海各海区总无机磷季节变化的数值模拟结果（加硅方程） 263

图7-27 渤海各海区总无机磷季节变化的数值模拟结果 263

图7-28 渤海DOC季节变化的数值模拟结果（加硅方程） 264

图7-29 渤海DOC季节变化的数值模拟结果 264

图7-30 渤海POC季节变化的数值模拟结果（加硅方程） 264

图7-31 渤海POC季节变化的数值模拟结果 264

图7-32 渤海SiO3-Si季节变化的数值模拟结果 265

图7-33 与渤海中部对比分析的黄海中部区域 266

图7-34 渤海、黄海中央海域初级生产力季节变化的模拟结果 268

图7-35 模拟浮游动物生物量 270

图7-36 微食物环对浮游动物生产贡献率的年变化图 272

表3-1 各站悬浮物时间序列标准差与平均值的比 57

表4-1 各种化学成分的分析方法与检出限及精密度 81

表4-2 渤海沉积物－水界面营养盐的交换通量 88

表4-3 用于营养盐添加培养实验的样品的成分特点 88

表4-4 渤海1998年秋季及1999年春季航次中溶解态铝、硒、砷的浓度 98

表5-1 浮游植物采样变量的频度和密度 119

表5-2 浮游植物采样和分析方法 120

表5-3 各调查方式中各采样变量的优先级 121

表5-4 浮游植物种类、丰度和生物量数据库格式举例 121

表5-5 调查区碳同化数和光合作用相对速率 130

表5-6 渤海水域初级生产力的数年际变化及其与其他海区初级生产力的比较 132

表5-7 1958～1999年渤海浮游植物群落春秋季水华期的优势种 139

表5-8 渤海中的赤潮浮游植物种类 142

表5-9 渤海年均浮游植物生物量和初级生产力 148

表5-10 模式参数取值 156

表5-11 观测与模拟的年平均营养盐浓度的比较 157

表5-12 物理过程和生物过程对渤海营养盐收支的贡献 159

表5-13 渤海初级生产力模拟与观测的比较 161

表5-14 算例参数与条件 163

表5-15 不同参数下的渤海浮游植物生物量的年循环 163

表5-16 不同过程作用下的渤海浮游植物生物量年循环 164

表6-1 渤海各取样站位沉积物类型 182

表6-2 沉积物粒度参数之间的相关系数 183

表6-3 渤海沉积物自然因子间的相关系数 185

表6-4 沉积物叶绿素和有机碳与历史资料的比较 185

表6-5 三个航次大型动物的丰度和生物量 186

表6-6 渤海大型底栖动物年平均丰度、生物量和次级生产量 187

表6-7 渤海各海区大型底栖动物的平均生物量和平均生产量及其与其他海域的比较 187

表6-8 不同类群优势种列举 188

表6-9 976航次主要大型底栖动物的相对重要性指标 190

表6-10 976航次大型底栖动物的多样性 191

表6-11 976航次大型底栖动物多样性指数与环境因子的相关性 192

表6-12 989航次主要大型底栖动物的相对重要性指标 192

表6-13 989航次的部分环境因子 194

表6-14 989航次环境因子与大型底栖动物群落结构相关关系 195

表6-15 989航次大型底栖动物的多样性 196

表6-16 994航次主要大型底栖动物的相对重要性指标 196

表6-17 994航次的部分补充环境因子 198

表6-18 994航次环境因子与大型底栖动物群落结构相关关系 199

表6-19 994航次大型底栖动物的多样性 199

表6-20 造成976和989航次群落差异的主要种类及平均丰度 200

表6-21 小型底栖生物主要类群的丰度、生物量及其百分比 205

表6-22 小型底栖生物的个体平均干重 205

表6-23 小型底栖生物丰度与环境因子的相关关系 208

表6-24 渤海小型底栖生物的生产量 209

表6-25 黄河口及邻近水域部分环境因子 212

表6-26 自由生活海洋线虫科及其优势度 213

表6-27 不同生境线虫摄食类型的比较 215

表6-28 种、属、科水平的多样性指数比较 217

表6-29 多样性指数与主要环境因子相关性的非参数检验 219

表6-30 中性模型计算结果（基于种的水平） 220

表6-31 SIMPER分析结果所示站位组合间种类的差异 223

表6-32 单个环境因子与桡足类群落结构相关性分析结果 224

表6-33 中国对虾对日本刺沙蚕的摄食率（C）与日投饵量（Fs）之间的关系 227

表6-34 中国对虾摄食日本刺沙蚕的生态效率 228

表6-35 不同来源沉积物的粒径平均值 229

表6-36 日本刺沙蚕单位体重所含肠容物干重 229

表6-37 多毛类环节动物不同种类对沉积物的摄食率 229

表6-38 底栖硅藻在不同处理下吸收14C值 231

表6-39 小型底栖动物各类群的摄食率及被摄食硅藻量 231

表6-40 小型底栖动物与底栖硅藻的关系 231

表6-41 不同生境下摄食率值的比较 232

表6-42 心形海胆扰动后沉积物表面示踪颗粒的垂直分布 233

表6-43 心形海胆扰动后沉积物表面下10cm深处示踪颗粒的垂直分布 234

表6-44 各采样点的沉积物粒度分析结果 236

表6-45 两种滤食性双壳类的净生物沉降率 237

表7-1 渤海海域（取φ＝38.5°N）云量系数A、B的值 246

表7-2 1998年9月24日～10月8日和1999年4月28日～5月12日渤海各生源要素的实测值 248

表7-3 模式中主要参数说明及其取值 252

表7-4 渤海水层－底栖耦合生态系统季节变化模拟初值 254

表7-5 渤海、黄海中部初级生产力的季节分布模拟结果 267

表7-6 渤海、黄海各季节平均初级生产力 267

表7-7 有关的生态动力过程对浮游动物生产的贡献 271

表7-8 微食物环对浮游动物生产贡献的季节变化 271

表7-9 测站G2、E3、A2的孔隙度和沉积物各类生源物质的块体扩散系数Ds值 274

表7-10 渤海沉积物－海水界面P、Si的交换通量 278