Đánh giá năng suất sinh học sơ cấp vùng biển nam trung bộ bằng mô hình ROMS

1 I HC QUC GIA HÀ NI I HC KHOA HC T NHIÊN    LUC Hà Ni   2013 2 I HC QUC GIA HÀ NI I HC KHOA HC T NHIÊN    Chuyên ngành: Mã s: 60 44 02 28 LUC NG DN KHOA HC: Hà Ni   2013 3 LI C Tc ht, em xin gi li cn PGS TS , ng dn em trong sut thi gian em thc hin lun . Ngoài nhng kin thc quý báu mà thy ch dy, em còn nhc s  ca thy v tính toán. Em xin gi li c n PGS. TS. Nguyn i p cho em s liu và nhng kin thc b ích. i li c ti ThS. Nguy tr em nhiu mt trong thi gian qua. Cui cùng, em xin gi li ci các thng  Th Hc và các 2011  2013 u kin thun li cho em hoàn thành lun . 4 MC LC DANH MC CÁC HÌNH 5 DANH M 7 M U 8  TNG QUAN V V NGHIÊN CU 10 1.1. Lch s phát trin mô hình sinh thái 10 1.2. Các công trình nghiên cu v t sinh hp khu vc Nam Trung B 11  GII THIU MÔ HÌNH ROMS  SINH THÁI NPZD 12 2.1. Gii thiu mô hình ROMS 12 2.2.  sinh thái NPZD trong ROMS 15  NG DNG MÔ HÌNH ROMS VÀ M SINH THÁI SUT SINH HP VÙNG BIN NAM TRUNG B 20 3.1.Gii thiu v khu vc bin Nam Trung B 20 3.1.1. V ta hình 20 u king h 21 c tin hành 26  26 3.2.2. Thit lp các thông s cho mô hình và chy mô hình 31 3.2.3. S nh ca mô hình 34 3.2.4. Hiu chnh và kinh mô hình 34 3.3. Kt qu và nhn xét 36  49 TÀI LIU THAM KHO 50 5 DANH MC CÁC HÌNH  i Arakawa-C. Phi ROMS theo ng 14  NPZD  a mung Ni trát (N), thc vt ni ng vt ni (Z) và cht vn (D) 16 Hình 3. V a hình khu vc bin Nam Trung B trên b khu vc Bi 20 Hình 4. Phân b bc x quang hp trên mt bin 22 Hình 5. Dòng chy tng mt và vùng hoc tri mùa hè 23 Hình 6. Phân b nhi c tng mt 24 Hình 7. Phân b khng ng vt ni 25 a hình khu vc tính toán và quan tâm 27 ng nhi c mt bin 28   27 c ngi qua mt bin (E-P). t mt tri 28 ng nhit tnh b mt bin 28  nhng nhit tnh b mi vi nhi b mt bin 28 ng ng sut gió trên mt bin 29 u kin biên mt v nhi và dòng chy 29 u kin biên bên v nhi 29 u kin biên mt v  mui và dòng chy 29 u kin biên bên v  mui 29 u kin biên mt v NO 3 và dòng chy 30 u kin biên bên v NO 3 30 u kin biên mt v Chlorophyl A và dòng chy 30 u kin biên bên v Chlorophyl A 30 u kin biên mt v thc vt ni và dòng chy 31 6 u kin biên bên v thc vt ni 31  th a s liu nhi trung bình lp mt bin tháng 12   2 chy mô hình sinh thái 34 Hình 27. Nhi trung bình lp mt bin tháng 1 trong tính toán 34 ng nhi trung bình b m tài Nghiên cu phát trin và ng dng công ngh d báo hn ngng các yu t thn khu vc Bi 35 a s liu nhi tính toán và MODIS trong tháng 8 (trái: s liu MODIS, phi: s liu tính toán) 36 ng dòng chy trung bình lc mt tháng 1 Trái: t dòng chng Phi: t dòng chng 36 Hình 31. Nhi trung bình lp mt bin tháng 1 37  mui trung bình lp mt bin tháng 1 38 Hình 33. N Chlorophyl A trung bình lp mt bin tháng 1 38 Hình 34. N NO 3 trung bình lp mt bin tháng 1 39 Hình 35. Sinh khi thc vt ni trung bình lp mt bin tháng 1 40 Hình 36. Sinh khng vt ni trung bình lp mt bin tháng 1 41 Hình 37. N cht vn trung bình lp mt bin tháng 1 42 ng dòng chy trung bình lc mt tháng 7 Trái: t dòng chng Phi: t dòng chng 42 Hình 39. Nhi trung bình lp mt bin tháng 7 43  mui trung bình lp mt bin tháng 7 44 Hình 41. N Chlorophyl A trung bình lp mt bin tháng 7 45 42. N NO 3 trung bình lp mt bin tháng 7 45 c vt ni trung bình lp mt bin tháng 7 46 44. Sng vt ni trung bình lp mt bin tháng 7 47 45. N cht vn trung bình lp mt bin tháng 7 48 7 DANH M Bng 1. Các tham s ci vi mô hình  8 M U t sinh hp  mt h sinh thái bin là công vic có ý ng trong nghiên cu h sinh thái ca mt vùng bin. Trong tính toán t sinh hp, vic tính toán các yu t sinh thái, c th là n NO 3 , sinh khi ca thc vt nng vt ni (zooplankton), nng  cht vn (detritus) ca mt khu vc bin là nhng công vic chính yu, song song và làm ti t sinh hp. T các kt qu nghiên cu, có th c nh ng bin, sc sn xup ca thc vt nng vt nn v m và tin ca sinh vt ti khu vc bin quan tâm. Trong nghiên cu h sinh thái bing nghiên cu chính: thng kê trên s liu th mô hình hóa. Hai ng nghiên cu c quan tâm và áp dng ti Vi            dng hin nay do tính hiu qu và kinh t. Vùng bin Nam Trung B c các nhà khoa ht sinh hp t nha th k 20 theo c ng ng nghiên cu mô hình hóa thích hp nhiu kin thc t c các kt qu kh quan, ng nghiên cng này.  s dng nghiên cu mô hình hóa trong tính toán các yu t sinh thái quan trng cho khu vc bin Nam Trung B, bao gm n NO 3 , sinh khi ca thc vt nng vt ni, n cht vn, v t sinh hp vùng bin Nam Trung B bng mô hình c tiêu ca lu c phn mm tính toán thng lc và sinh thái ca h thquy mô vùng (ROMS) và áp dng ti vùng bin nghiên cu. Ni dung chính ca lu   u v   lý thuyc tin hành chy mô hình và phân tích kt qu c t ROMS. 9 H thn phm nghiên cu ci hi hc Rutgers (Hoa K) và t chc IRD (Pháp), là mt mô hình hii có nhiu ng dng cho nghiên cu v mt khu vc bin. Lu tp trung khai thác ng dng mô phng thng lng nhit  mui ng các yu t sinh thái ca khu vc bin Nam Trung B. Trên kt qu ca vic ng dng ROMS, luc bc tranh thng lng nhit mui và phân b ca các yu t sinh thái trên các tng sâu ca khu vc bin Nam Trung B. B cc lum b  Tng quan v v nghiên cu: n cái nhìn tng quát v ng nghiên cu sinh thái bin hii hin nay, các thành tu ca th gii, ca Vit Nam nói chung và ca khu vc Nam Trung B nói riêng.   Gii thi        sinh thái trong ROMS: Gii thiu v  lý thuya mô hình ROMS và mô  sinh thái trong ROMS.  . ng d        sinh thái trong    t sinh h p vùng bin Nam Trung B: gii thiu v khu vc Nam Trung Bc tin hành chy mô hình và các kt qu tính toán. 10  TNG QUAN V V NGHIÊN CU 1.1. Lch s phát trin mô hình sinh thái Lch s phát tri  n vi s m màn u tiên là mô hình sinh thái ng dng Lotka  Volterra và mô hình Streeter  Phelps trong nhn 2 kéo dài trong khong 30 p theo, th hic phát tring s xut hi c thit l nh lut bo toàn khc m chung cn 2 là mô phng nhng m n v các quá trình sinh thái và cho nghim gii tích hay là mô phng bin ng sc sn xup ca thc vt ni theo mt chiu. S phát trin thc s v c th hin 3, t  1975. Nh có s h tr c lc ca máy tính nên vic phát trin các mô hình phc t g pháp tính hii tr nên kh thi và mô hình sinh thái c s dng làm công c gii quyt các v qung vì nó có th ch ra mi quan h ging và nhi theo sau trong h sinh thái. n 4, kéo dài t n 1980, có th xem là thi k ng thành ca mô hình sinh thái. T kinh nghim ca vic phát trin nhiu mô hình mi cho thy, h sinh thái khác xa các h thng vn ca h sinh thái cn phc phc s phát trin theo chiu sâu. Giai n 5 kéo dài trong kho        i s hình thành và phát trin mt s ng ln các loi mô hình sinh thái khác nhau trên rt nhic khác nhau. n 6 bu t n nay, có th  là thi k phát trin rc r ca mô hình sinh thái v quy mô c chiu rng ln chiu sâu. Hàng lot mô hình sinh thái hic phát trin và nhiu tp chí mi t t sinh thái n [...]... N Ệ SINH THÁI T SINH HỌ P VÙNG BI N NAM TRUNG B 3.1.Giới thiệu về khu vực biển Nam Trung Bộ 3.1.1 Vị trí địa lý và địa hình Khu vực biển Nam Trung Bộ nằm ở phía tây của Biể Đ biển Nam Việt Nam, diện tích kho ng 197522 km2, có vị trí địa ý K độ: từ bờ biển Việt Nam đến 1110 45’ k đ Vĩ độ: từ 90 15’ đến 140 15’ vĩ bắc Khu vực biển Nam Trung Bộ Hình 3 Vị trí địa ý và địa hình khu vực biển Nam Trung Bộ. .. sinh h ấp của ĩ Mô hình hóa sự phân bố sinh v t nổi và năng s ất sinh họ sơ ấp vùng biển Nam Trung Bộ , 1994, đã bao quát c vùng biển Nam Trung Bộ và đ ợc tính bằ p 11 p áp m ì a [1] Ư NG 2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ROMS À Đ N Ệ SINH THÁI NPZD 2.1 Giới thiệu mô hình ROMS m Hệ thố ì đạ q y m vù lớp mô hình số trị có hệ t a độ thích ứ m ì (RO S) à một thành viên trong địa hình, mặt thoáng, ba chiều Hệ thống ày... ăm và đa ạng về mô hình sinh thái trong giai đ ạn này [6] 1.2 Các công trình nghiên cứu về năng s ất sinh học sơ cấp khu vực Nam Trung Bộ C đến nay, đã một số nghiên cứu về ă ất sinh h ấp tại các khu vực biển nhỏ trong vùng biển Nam Trung Bộ, có thể kể đến là các công trình nghiên cứu của GS TS Nguyễn Tác An (và cộng sự) ất sinh h ấp biển ven bờ Việt Nam , 1985; “Nă cấp và hiệu ứng sinh thái của gầ... ấp ở vùng biển ven bờ Phú Khánh, Thuận H i, Minh H ”, 1983; suất sinh h c “Nă “C ớc trồi của vùng biển Nam Trung Bộ , 1995; và ất sinh h N a Tra , K á ất sinh h cấp và đặ tr Hòa” [6, 9], 2 ý -sinh thái của thực vật 3, Tuy nhiên, các công trình nói trên chỉ giới hạn trong một khu vực nhỏ thuộc vùng biển Nam Trung Bộ Công trình nghiên cứu về ă PGS TS Đ à Vă ộ trong luận án Tiế ất sinh h ấp của ĩ Mô hình. .. biển Nam Trung Bộ trên b đồ khu vực Biển Đ 20 ,t ộc khu vực a : Hì thấy địa hình khu vực biển Nam Trung Bộ t đối dố Độ sâu của khu vực Nam Trung Bộ biế đổi trong kho ng từ m đến trên 3000m 3.1.2 Điều kiện khí tượng hải văn * Bức xạ quang hợp Vùng biển Nam Trung Bộ thuộc miền nội chí tuyến bắc có hai lầ tr mặt trờ đ q a t nhậ đ ợc nguồ đỉnh (tháng 4 và tháng 8), vùng biển nghiên cứ t ă ợng bức xạ tự nhiên... này sử d ng loại mô hình thứ nhất 2.2 ô đ n ệ sinh thái NPZD trong ROMS RO S đ a ra một số các mô hình nhỏ về sinh thái Với m đí p át tr ển đa ạng sinh thái, ROMS bao gồm: một mô hình loại NPZD, một mô hình loại Fasham, một mô hình loại hai loài phytoplankton, và một mô hình loạ đa à phytoplankton [10] Mô hình loại NPZD có bốn biến trạng thái gồm giới hạn dinh ỡ (t ờng thấy nhất à c đề đ ợ đ t e đ t... 3.2.3 Sự ổn định của mô hình Sau a ăm chạy mô hình hệ sinh thái, hệ số t q an giữa số liệu nhiệt độ trung bình lớp mặt biển tháng 12 ăm t ứ 1 và ăm t ứ 2 chạy mô hình sinh thái đạt 0.999952, cho thấy m tính sau thờ ì đã đạt độ ổ định cao, có thể sử d ng các kết qu a đ 3.2.4 Hiệu chỉnh và kiể định mô hình để hiệu chỉnh là nhiệt độ Số liệu dù nguồn số liệ ù ớc trung bình bề mặt biển tháng 1 và để so... độ đến kho khắp vùng biể Hiệ t ợ độ , vĩ độ từ 11 đế 13 độ vĩ 111 độ k độ với ớc trồ đã àm b ế đổi hàng loạt đặ tr ờ ớc trồi lan rộng hầu độ cỡ 1-5.10-3 cm/s ý, a, c của vùng biển Nam Trung Bộ trong mùa hè so với những vùng kế cận, tạo nên một hệ sinh thái trù phú [1] 3.1.3 Y u tố lý – hóa – sinh học Phần lớn thời gia tr cứu thấp ăm, ệt độ ớc ở tầng mặt tại vùng biển nghiên với các vùng kế cậ Và mùa... ỡng [1] Hình 7 Phân bố khố Đặ tí , p â bố mặt rộng các hợp chất đa t à p ầ ợ à và đa động vật nổi t á 7-1979 [1] kỳ là quy luật phổ biến của quần thể sinh vật nổi vùng biển nhiệt đới Ở vùng biển nghiên cứu có trên 220 loài t o với số ợng trung bình có bậc 105-106 tế bào/m3 và 212 loài t động vật nguyên sinh) với sinh vật sinh vật nổ t động vật nổi (không kể ợng trung bình 32 mg/m3 Vùng tập trung ờng... tr à à k ớc sâu Với hệ ớc biển vào cỡ 0.05-0.08 là giá trị trung bình cho các vùng biển nhiệt đới gần bờ thì chiều dày lớp quang hợp ở đây ( ớp trên 0.003 cal/cm2.phút) có thể đạt đ ợc 80-100m [1] 21 ớc có bức xạ Hình 4 Phân bố bức xạ quang hợp trên mặt biển (cal/cm2.p út) N t ề - mùa ; N t đứt – mùa đ [1] * Hệ thố à và yể động thẳ đứng Vùng biển Nam Trung Bộ nằm tr n trong vùng nhiệt đới gió mùa, chịu . Nam Trung B 11  GII THIU MÔ HÌNH ROMS  SINH THÁI NPZD 12 2.1. Gii thiu mô hình ROMS 12 2.2.  sinh thái NPZD trong ROMS 15  NG DNG MÔ HÌNH ROMS. dng loi mô hình th nht.  sinh thái NPZD trong ROMS t s các mô hình nh v sinh thái. Vi mn ng sinh thái, ROMS bao gm: mt mô hình loi. t sinh hp ca P trong lun án Ti Mô hình hóa s phân b sinh vt ni t sinh hp vùng bin Nam Trung Bbao quát c vùng bin Nam