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渤海環境動力學導論

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  書名:渤海環境動力學導論

  作者: 馮士筰 張經 魏皓

  出版社:科學出版社

  ISBN:9787030181015

  出版日期:2007 年5月

  開本:16開

  頁碼:281

  版次:1-1

  所屬分類: 工業技術 > 環境科學 > 環保科學基礎理論

  內容簡介

  本書以渤海生態環境的動力演化機製為重點,通過觀測和模型研究,探討了環流與輸運、懸浮物及化學要素時空分佈、浮游植物群落及底棲生物群落變化的動力過程,將渤海的物理、化學、生物過程視為有機的整體,全面系統論述了該水域各環境要素的變化規律及其與氣候變化的關係。本書對於渤海的環境保護和可持續利用都有重要的理論和實踐意義。

  本書可供從事海洋科學、環境科學、生態科學研究的科技人員、管理人員和高校師生閱讀、參考。

  目錄

  前言

  第一章 渤海環境的基本特徵

  一、渤海的水文氣象特徵

  二、渤海的環境和生態特徵

  三、從單學科到多學科的交叉研究

  參考文獻

  第二章 渤海環流和輸運動力學

  一、渤海動力學系統

  二、淺海環流和輸運研究簡史

  三、淺海環流和輸運動力學基礎

  四、渤海環流

  參考文獻

  第三章 渤海懸浮物輸運動力學

  一、渤海懸浮物的基本情況

  二、渤海懸浮物的觀測事實

  三、渤海懸浮物輸運動力學模型

  四、渤海懸浮物輸運模擬結果

  參考文獻

  第四章 渤海生源要素的遷移與歸宿

  一、引言

  . 二、野外觀測、實驗材料與方法

  三、結果

  四、渤海中化學元素的周轉、收支、季節與年際尺度的變化

  五、小結與存在的問題

  參考文獻

  第五章 渤海浮游植物系統的觀測與模型

  一、渤海浮游植物群落結構的初步研究

  二、渤海浮游植物生物量與營養鹽時空變化歷史回顧

  三、渤海初級生產與營養鹽循環三維模型

  參考文獻

  第六章 渤海的底棲生物群落

  一、底棲生物群落生態的方法學

  二、渤海的沉積環境

  三、渤海的大型底棲動物

  四、渤海的小型底棲生物群落

  五、底棲生物的實驗生態研究

  參考文獻

  第七章 淺海水層-底棲生態動力學的多層箱模型研究

  一、渤海海面太陽輻照強度的觀測分析與計算方法研究

  二、渤海水層一底棲耦合生態模型及系統季節變化的模擬分析

  三、營養硅鹽對渤海生態系統季節變化影響的模擬分析

  四、渤海、黃海中央區浮遊生態效率年變化的對比分析

  五、陸架淺海沉積物一海水界面溶質通量的計算方法及其應用

  參考文獻

  跋

  前言

  在全球變化的科學背景下,邊緣海與人類社會可持續發展之間的聯繫十分密切。如果就單位面積的光合作用和對大氣CO2的吸收而言,邊緣海的重要性遠遠大於開闊大洋,故邊緣海的研究在近20年來越來越受到重視。就邊緣海的生態系統而言,渤海無疑具有許多獨到之處。渤海是中國的內海,面積約為7.7萬km2,平均水深18m。環渤海陸域長150~200km,是中國主要的政治、經濟與文化發展地帶,也是中國北方人口最為稠密的地區。渤海自古以來就是一些重要資源生物(如中國對蝦)的棲息地,渤海地區的石油探明儲量與開採量在中國的海洋石油中佔有很大的比重,並且具有戰略遠景。.

  從另外的角度來看,在中國海域中,渤海受到人文活動的影響最嚴重,沿岸土地圍墾、集約化的海水養殖、過度捕撈、直接傾廢與排污及事故等,在渤海都是普遍性的問題。儘管國家從20世紀80年代初就開始進行渤海的環境保護與治理,但渤海近岸的水質與生態系統的健康一直沒有從根本上得到改善,災難性的事件(如赤潮)給這一地區的社會經濟帶來了嚴重的損失,如2004年赤潮災害累積面積達7000km2。近期國家啟動了針對渤海的「碧海行動計劃」,希望能對恢復渤海的「碧水藍天」起到根本性的推動作用。

  本書是基於作者最近的研究工作寫成的,旨在為讀者展示一個渤海生態系;統內低營養級動力學過程的圖景,為渤海的環境健康提供一個基本的認識。本書涉及的「環境動力學」是指在自然與人文作用下的近海環境中,重要的生命與非生命物質在季節、年際或年代際時間尺度下的時空變化過程及其驅動機制。

  20世紀90年代初,本書作者開始重點關注渤海生態系統的健康和可持續發展問題。在國家自然科學基金委員會、教育部的支持下,先後啟動了國家自然科學基金主任基金「渤海環流與生態基礎動力學研究」(No.49546003),面上基金「渤海生態系統綜合分析與模型研究」(No.49576298)、「生物擾動對淺海沉積—海水界面的通量效應和機制」(No.49676300)、「渤海小型底棲生物多樣性的研究」(No.39770145)和「強非線性河口和近海中的長期輸運過程的研究」(No,40276007)以及原國家教育委員會重點項目「渤海初級生產動力學及其數值模擬」和教育部博士點基金「渤海海洋線蟲群落的生態多樣性」(No.97042300)及「強非線性河口和近海系統中長期輸運方程的建立及其應用」(No.20020423008)等項目。一部分作者還參加了國家自然科學基金委員會重大項目「渤海生態系統動力學與生物資源可持續利用」(No.497901001-04)以及國家重點基礎研究發展規劃資助項目「中國近海環流形成變異機理、數值預測方法及對環境影響的研究」(No.G1999043804)和「河口-近海系統物質輸運機制和模型研究」(No.2002CB412402)。

  20多年前,中國海洋大學的前身山東海洋學院院長文聖常院士與德國漢堡大學海洋研究所前所長Jurgen Sundermann教,授開始建立了中德近海環境動力學的合作研究。在此基礎上,馮士榨和張經領導的研究小組進一步深化了與漢堡大學Stindermann教授及其同事的合作。在合作項目「渤海生態系統綜合分析與模型」研究中,中德雙方利用「東方紅2號」科學考察船,於1998年和1999年共組織了兩次多學科的渤海海上觀測,使得物理、化學與生物學的觀測和實驗在這兩次觀測中得到了很好的融合。這次合作的一些重要研究成果已經以專輯形式發表(Journal of Marine Systems,2004,V01.44,No.3/4)。本書前五章的大部分內容是在上述成果的基礎上形成的,而後兩章的大部分內容則主要是張志南和吳增茂的研究組與英國普利茅斯海洋研究所的Warwick教授和Radford教授合作項目成果的一部分(「淺海生態動力學」和「渤海底棲生物群落對物理和人為擾動的響應」)。..

  以上述內容為基礎,從更廣泛的角度深入討論與渤海環境動力學相關的命題,其研究內容及相互關係在下面的概念框圖中體現。當然,本書十分注意對前人在渤海的相關工作予以回顧與總結,並重視對同一時期他人工作的尊重與引用。

  本書第一章(高會旺、趙亮、鞠蓮)對渤海生態環境的基本特徵做一個簡單的概括,包括地理、氣候、水文與生物、化學的主要特點及對前人工作所獲知識的基本總結,以使那些對於海洋學領域或渤海不熟悉的讀者對本書涉及的內容有一個基本的輪廓。第二章(馮士榨、鞠蓮)對已有渤海環流與輸運研究成果進行了綜述,提出了淺海環流和長期輸運的一般性理論,並推出了渤海動力學系統在宏觀上的對流弱非線性特徵,從而由此理論出發,主要結合數值模型結果,分析了渤海環流及溫、鹽的季節變化等規律。第三章(江文勝)從懸浮物的觀測出發,討論其動力特點和物理過程,並利用數值模型描述了渤海懸浮泥沙輸運的時空分佈特點。第四章(張經、劉素美、任景玲)研究渤海生源要素的遷移與歸宿,從樣品採集與分析技術開始,討論營養鹽的形態與轉化速率,通過不同航次的對比與追蹤實驗來認識影響營養鹽循環的主要過程。第五章(魏皓、趙亮、孫軍)介紹渤海浮游植物的組成與群落結構、生產力、浮游生物分佈的時空變化,在此基礎上利用三維數值模型認識以浮游植物為主的低營養級的能量流動和營養鹽收支,探討了物理過程和生物過程對渤海初級生產的影響。第六章(張志南、於子山、周紅)將底棲生物的群落結構、功能與物質流動放在較為突出的位置,將底棲動物群落分為大小兩個功能群進行分析。第七章(吳增茂、張新玲、俞光耀、李傑、張志南)對水層—底棲耦合系統以箱式模型的方式進行了模擬研究,討論了系統對外部驅動變化的響應機制。

  在撰寫本書時,作者力圖圍繞海洋環境中物理—化學—生物過程耦合這樣一個主線,探討渤海生態系統變化的動力學機制。在本書各章節中,作者不僅僅對觀測事實與實驗現象予以描述,而且期望從學科交叉的角度來剖析這些結果產生的原因,試圖概括自然過程的不同側面,並強調動力學分析。 需要提及的是,本書的寫作並不准備像一般教科書那樣由淺入深,強調邏輯上的連貫與系統性,更多的是近10年來作者研究工作的展示。毋庸諱言,這些工作是對渤海環境動力學的初步探討,還有許多工作有待深化。

  本書作者衷心感謝中國科學院資深院士、中國海洋大學教授文聖常先生對海洋環境與生態系統動力學工作的開拓與支持。感謝德國漢堡大學J.Sundermann教授、U.Brockmann博士及其研究小組,在過去的20多年中,他們對雙方的合作一直保持著極大的耐心和努力,特別在兩個國家經歷了重大的政治與經濟變革時,這種對合作的熱情仍被保留了下來,發展為友誼,並且傳給年輕一代的科學家。感謝英國普利茅斯海洋研究所R.M.Warwick教授及其課題組,通過英國政府達爾文行動計劃(Darwin Initiative)對渤海底棲生物多樣性研究的支持和對年輕一代的培養。感謝同事和同行對我們的研究工作與本書撰寫的支持與鼓勵。感謝參加中德合作海上觀測與研究的全體師生、「東方紅2號」科學考察船的全體船員。沒有他們的支持,本書的內容將不會如此豐富。特別是國家自然科學基金委員會及教育部提供的基金項目的連續支持使本書的研究成為可能,而本書的出版也得到了國家自然科學基金委員會的出版基金資助,作者深表感謝。張平女士為本書的排版列印及其他事務性上作做出了巨大努力,在此表示感謝。...

  作 者

  2005年11月22日於青島八觀山

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