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基于遥感的南海初级生产力时空变化特征与环境影响因素研究

作　者: 高姗
导　师: 王辉
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 环境科学
关键词: 南海海洋初级生产力叶绿素遥感季风上升流
分类号: Q178.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文根据叶绿素浓度、海表温度、海表风场等卫星遥感资料,结合叶绿素浓度等大量历史实测调查资料,分析了南海叶绿素浓度和相关环境要素的时空分布特征,并利用海洋初级生产力遥感模式反演估算了南海初级生产力,分析研究了南海及其典型海域海洋初级生产力的季节和年际等时空变化特征,并结合南海季风、上升流等海洋环境特点,初步阐述了南海初级生产力时空变化分布的主要环境影响因素。叶绿素浓度和其他海洋环境要素的气候态季节变化和空间分布比较明显。冬季,东北向风场在南海东北部较西南部更强,吕宋西北外海域叶绿素浓度的高值区与近岸叶绿素高值区连成一片覆盖了南海北部的大范围海域;春季,东北季风向西南季风转换,五月份是西南季风的爆发期,叶绿素浓度达最低;六七月份,叶绿素浓度高值出现在越南东部外海域,呈射流状向南海中部扩散;八月份,此现象最明显,南海西部的叶绿素浓度都呈现较高状态,此时西南向风场在南海西南部较东北部更强,该海域有一从近岸向东扩散的冷水团,海面高度异常值也达负值最大;九月份,这些现象开始减弱,并逐渐向冬季的状态过渡。利用南海叶绿素浓度实测调查资料补充分析表明:1984年至2004年南沙海域叶绿素含量的季节变化特征明显,冬、夏季偏高,春、秋季偏低,叶绿素含量多数在75或50m层出现最大值;吕宋海峡断面2005年9月的叶绿素浓度均值在25-75m层均略高于其它年份(2004年9月和2006年9月); 2006年11-12月冬季珠江口叶绿素高值主要集中在表层至25m左右,75m层左右存在一次高值,吕宋岛西北外海域和越南东部外海域的叶绿素高值分别在50和75m层。利用VGPM模式计算南海初级生产力的月均值、季节累积均值和年内累积均值,分析初级生产力与各环境要素的季节和年际变化规律及其相互关系表明:南海初级生产力的季节变化比较明显,整个南海海域初级生产力冬季最高,春季逐渐降低,夏季初期开始回升,八月份出现一较小峰值,秋季回落后逐渐升高回到冬季的状况。各典型海域初级生产力的季节变化趋势基本相似。其中,深水海盆代表海域初级生产力的浮动相对较小;台湾海峡南部和广东沿岸附近和北部湾初级生产力终年较高;吕宋岛西北附近海域初级生产力峰值在冬季;越南东部和湄公河口附近海域冬季和夏季均存在较高初级生产力分布特征。由于时段有限,初级生产力的年际变化并不十分明显,南海整个海域的年初级生产力逐年变化比较平缓,略成一定上升趋势,初级生产高值区分布范围也有逐年扩大的趋势,其中最为显著的是1998年初级生产力明显偏低,尤其是夏季越南东部和湄公河口附近海域,几乎看不到初级生产力高值区向东北方向的延伸。根据大量分析南海叶绿素浓度和相关海洋要素,反演估算南海海洋初级生产力进一步分析和讨论了南海海洋初级生产力时空分布的主要环境影响因素。冬季,东北季风作用强烈,南海环流呈气旋式结构,垂直混合明显,吕宋岛西北外海域的上升海水带来了较高的营养物质,加之黑潮暖流对北部陆坡强烈入侵,影响了浮游植物在南海的分布,由沿岸的高值区链接着吕宋岛西北外海域上升流的高值区,向南海中部逐渐扩散,南海整体都呈现终年较高的初级生产力分布。夏季,在西南季风的驱动下,南海环流呈反气旋式结构,加上江河以及近岸城市所携带的高营养物质水体的入海,初级生产力从近海向中部海盆逐渐降低。此时风向正好与越南东部外海域的海岸线平行,离岸的Ekman输运引起了强烈的上升流,同时再加上该海域季风驱动下的离岸流和离岸射流,都促进了下层高营养盐的海水上涌并在表层向东扩散,有利于浮游植物的大量繁殖,初级生产力在该海域得到积累。而其他海域,如吕宋岛西北外海域和北部湾等,夏季风作用不及冬季强,而且水温较高,从而限制了营养物质的垂直混合和浮游植物的生长,初级生产力的值则较冬季低。春末夏初,是南海夏季风爆发期间,叶绿素浓度存在先降低后升高的现象,一般在纬向风速发生转变时叶绿素浓度达到最低,在西南季风建立时间后,叶绿素浓度高值区开始明显。这主要是由于南海夏季风爆发期间海气环境要素都发生了比较明显的变化过程,当风向有利用大量营养物质排放扩散时,同时风速的高值又加强了海水的垂直混合和水平扩散,营养物质就可得到充分的扩散和转移,浮游植物利用这些营养物质大量生长繁殖,海水叶绿素浓度呈高值分布,此时的初级生产力得到较好的积累。由于遥感资料研究的年份有限,初级生产力的年际变化并不十分明显,略呈现一定的上升趋势,其中比较显著的是,1998年南海表层水温异常偏高,夏季风作用较弱,限制了海表环流和上升流的发展,抑制了营养物质的传播与扩散,导致浮游植物的大量减少,初级生产力累积受阻,低值显著。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章引言  10-17
  1.1 选题依据和研究意义  10
  1.2 研究背景与理论  10-12
    1.2.1 中国南海概况  10-11
    1.2.2 海洋初级生产力简介  11
    1.2.3 海洋初级生产力主要影响因素  11
    1.2.4 海洋初级生产力测定方法  11-12
  1.3 国内外进展  12-15
    1.3.1 南海初级生产力研究概况  12-14
    1.3.2 海洋初级生产力模式发展概况  14-15
  1.4 主要研究内容与研究思路  15-17
第二章南海叶绿素浓度及相关环境要素的时空变化特征  17-35
  2.1 遥感叶绿素含量及相关环境要素的时空变化分布  17-22
  2.2 叶绿素浓度实测数据与遥感数据的对比补充分析  22-30
    2.2.1 南沙海域叶绿素浓度变化与分布  22-26
    2.2.2 南海北部海域叶绿素浓度变化与分布  26-28
    2.2.3 2006 年冬季南海典型海域叶绿素浓度的变化与分布  28-30
  2.3 叶绿素浓度的垂直分布特征  30-34
    2.3.1 叶绿素浓度垂直分布反演公式  30-31
    2.3.2 南海叶绿素浓度垂直分布反演  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章南海初级生产力估算与时空变化特征  35-44
  3.1 VGPM 模型、数据与方法  35-37
    3.1.1 VGPM 模型简介  35-36
    3.1.2 遥感数据  36
    3.1.3 处理方法和研究区域  36-37
  3.2 南海初级生产力时空变化与分布  37-43
    3.2.1 南海初级生产力季节变化和空间分布  37-39
    3.2.2 相关环境要素的时空变化特征  39-40
    3.2.3 南海初级生产力的年际变化与空间分布  40-42
    3.2.4 南海初级生产力与各参数的相关性  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章南海初级生产力时空变化环境影响因素的初步分析  44-58
  4.1 南海初级生产力季节变化分布环境影响因素的初步分析  44-47
    4.1.1 冬季南海初级生产力分布环境影响因素的初步分析  44-45
    4.1.2 夏季南海初级生产力分布环境影响因素的初步分析  45-47
  4.2 南海夏季风爆发期叶绿素浓度变化过程的初步分析  47-55
    4.2.1 数据与方法  47-48
    4.2.2 南海夏季风爆发期叶绿素浓度和海表风场的变化过程  48-55
    4.2.3 南海夏季风爆发期海表风场对叶绿素浓度变化影响的总结与讨论  55
  4.3 厄尔尼诺效应对南海初级生产力变化分布的初步分析  55-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章结论与展望  58-61
  5.1 结论与讨论  58-59
  5.2 存在问题和未来展望  59-61
参考文献  61-66
致谢  66-68
个人简介  68

基于遥感的南海初级生产力时空变化特征与环境影响因素研究

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