赤潮预警预报模型研究进展

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1、赤潮预警预报模型研究进展陈艳拢，杨建洪，赵冬至，王林(国家海洋环境监测中心，辽宁大连116023)摘要：随着海洋经济的迅速发展，海洋环境压力不断增大，赤潮已成为影响生态环境的最严重的海洋灾害之一；人们对赤潮的认识也经历了从定性描述到定量分析的过程。随着科研水平的进一步提高，数学模型在赤潮研究中扮演着越来越重要的角色，众多研究学者通过建立数学模型的方式来动态模拟赤潮的生消状况，进而达到预警预报的目的。分析了赤潮暴发机理及其影响因子，重点阐述了赤潮生消模型的研究进展，并对有效开展赤潮预警预报工作提出了一些建议和主张，为相关研究性工作的顺利开展提供参考。关键词：赤潮；预警；预报；模型

2、1引言赤潮是在特定的环境条件下海水中某些浮游植物、原生动物或细菌暴发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮破坏了海洋的正常生态结构和海洋中的正常生产过程，不仅威胁海洋生物的生存，也给生态环境和人类健康造成严重的危害。赤潮是一种早就存在的自然现象，早在1831--1836年，达尔文在“贝格尔”航海纪录中记载了在巴西和智利近海海面发生的由束毛藻引发的赤潮事件。随着工农业生产的发展，人口增多，人们对海洋的依赖越来越大，致使海洋污染加重，赤潮发生的频率大大增加。早期受科研能力的制约，对赤潮现象的研究手段主要是现场观测和定性描述，不足以阐明不同海域、不同藻类赤潮的发生机制

3、。随着对赤潮研究的不断伸入，人们开始探索定量分析的研究方法，并提出各种数学模型来模拟赤潮生消变化过程。早期赤潮模型常用作对某些猜想进行解释的工具。例如，一些学者通过建立模型来验证发生在近岸的带状腰鞭毛藻(dinoflag—ellates)赤潮是否就是由于该浮游植物的游泳特性和海流作用的结果。如今模型已经日益成为定量研究赤潮发生发展过程的主要工具。随着人们对赤潮暴发机理的进一步认识和对各种影响因素的专项研究，对赤潮模型的研究也越来越细化，引入的变量参数也越来越多。2模型建立的基础国内外大量监测资料分析与研究表明，赤潮发生有其特定的环境条件，与水体中的生物要素有密切关系。目前判断赤

4、潮发生的主要依据其表征因子的值，该表征因子系浮游植物细胞密度或叶绿素a的浓度。在各种环境因子的作用下，如果该表征因子的值大于给定的某个阈资助项目：国家海洋局908专项(02—03～01)、国家自然科学基金项目(40876091)·34·值，就认为赤潮发生。日本学者安达六郎于1973年根据不同的浮游植物给出了相应的赤潮判断基准⋯。赤潮生物的暴发性增殖也与理化及水文气象要素有关。有人推测，近年来的赤潮频发也可能与全球气候的变化有关，比如，温室效应和厄尔尼诺现象造成的海水温度异常改变⋯。此外，赤潮的发生还有其诱发条件。诱发因子是随机的，例如温度、盐度以及海洋动力等。赤潮的发生也可能是

5、几个诱发因子共同作用的结果。当营养盐和光合作用的结果处于一个I临界状态时，诱发因子就碌得尤为重要。也有一些研究学者认为，赤潮的发生过程主要不是赤潮藻的增殖引起的，而是赤潮藻在物理条件下的集聚，致使密度异常增加造成的L2J。一般来说，赤潮藻都是以营养盐为生存基础，光合作用为必要条件来维持其生存，如果营养盐过多，达到富营养化，浮游生物就有可能暴发性增殖，引发赤潮。赤潮因其种类、地域特征、海况、气象气候及人为影响的不同而呈现多样性和复杂性，这使赤潮研究变得非常困难，赤潮研究的特点在于其复杂性，它不是单纯的生物问题，而是一个多学科的问题。因此，对赤潮暴发机理的认识是否全面是建立赤潮预报

6、模型的关键所在。3模型研究进展赤潮生物模型的研究始于20世纪中叶，经过几十年的不断发展，模型经历了从简单到复杂、从一维到多维、从单因子到多因子等一系列变化。受监测能力和科研水平的限制，早期模型大多仅从生物角度描述种群的变化。随着监测能力和认知水平的提高，人们逐渐发现赤潮不仅是生物学问题，同时也是环境学的问题；对于赤潮预报模型的研究，既要从生物种群的角度出发，也要考虑环境要素的影响，并在已有的理论研究基础上针对不同海域以及不同赤潮生物的自身特点建立了一系列模型。3．1种群增长模型早期的赤潮模型多为浮游生物总量模型。WyattandHorwood【41有关赤潮的模型是其中之一。作者

7、认为细胞密度完全是由其游泳能力决定的。当其游泳能力达到几乎不受外界条件约束的时候，其细胞密度就会增加，进而摄食率也会随之降低。此外，KishiandIkeda哺。提出了一种类似的模型，该模型引入了浮游动物的变化率、浮游植物的最大增长率以及浮游植物相对于营养盐的半饱和常数等限制性因子，使得模型结果更接近实际情况。当浮游植物的增长率相对于浮游动物的捕食率很大时，模型可以模拟出赤潮的发生。早期采用建模的方式来研究海洋生态系，其目的多是为了解浮游生物的动态变化过程。然而在研究过程中逐渐发现，有些浮游