基于生物-物理耦合模型的虾夷扇贝浮游幼虫时空分布预测研究

It takes Patinopecten yessoensis planktonic larvae more than 20 days from spawning to settlement. Due to the natural environmental factors such as current, planktonic larvae are transported to a distance more than hundreds of kilometers, leading to a high instability of their spatial and temproal distribution and great difficulties in the natural spat collection. An indivial dynamic model of Patinopecten yessoensis planktonic larvae will be built,combining the biological characteristics of Patinopecten yessoensis planktonic larvae at four different stage(egg,trochophore, veliger and pediveliger) in shape, virtical distribution, rate of surviral and specifications,along with effect of the quantity of Patinopecten yessoensis and change of climate. Then a hydrodynamic model based on the momentum equations of seawater and a particle tracking model will be built. Combining these models,a coulped biological-physical model of spatial and temproal distribution of Patinopecten yessoensis planktonic larvae will be constructed. The prediction model will be calibrated and verified with measured hydrological data and density of atinopecten yessoensis planktonic larvae. Then, a numerical simulation to predict the spatial and temporal distribution of Patinopecten yessoensis planktonic larvae in North Chinese Yellow Sea and Bohai Sea will be conducted, to discover the spatial and temporal distribution rule of Patinopecten yessoensis planktonic larvae and to find the main planktonic path of Patinopecten yessoensis planktonic larvae. The research results could provide cost-effective guidance for the natural spat collection of Patinopecten yessoensis, and provide basis for deciding the nature spat collection spot and achieving the large-scale nature spat collection.

虾夷扇贝从产卵到幼虫附着，经历二十多天的时间，移动数百公里，受海流等自然环境因素的影响，其时空分布具有较高的不稳定性，给海区采苗带来了极大的难度。本项目结合产区贝群数量、气候变化等因素，综合考虑虾夷扇贝幼虫在四个生长时期（卵、担轮幼虫、面盘幼虫和足面盘幼虫）在形态、沿水深的垂直分布规律和成活率等方面的不同的生物特点，建立虾夷扇贝浮游幼虫的个体动力模型。采用基于海水运动基本方程和粒子追踪技术，结合虾夷扇贝浮游幼虫的个体动力模型，建立预测虾夷扇贝浮游幼虫时空分布的生物-物理耦合模型。以中国北黄海、渤海海区为例，用实测水文数据和幼虫密度数据来率定和验证模型。最后利用本模型通过数值模拟的方法追踪虾夷扇贝幼虫随流的浮游路径，对其时空分布进行准确预测，揭示种苗密度的时空分布规律。本项目的研究成果可为虾夷扇贝的海区采苗提供经济高效的指导，为海区采苗场的确定和实现规模化采苗提供依据。

虾夷扇贝浮游幼虫的时空分布具有较高的不确定性，为天然采苗带来很大困难，因此预测其分布对提高采苗作业效率具有重要意义。本项目采用基于物理海洋学的海水运动基本方程和粒子追踪技术，结合虾夷扇贝浮游幼虫的个体动力模型，建立预测虾夷扇贝浮游幼虫时空分布的生物—物理耦合模型，并对其时空分布进行了预测，揭示了种苗密度的时空分布规律。.本文首先收集了黄、渤海的地形资料和水文实测资料，基于改进的FVCOM海洋数值模式模拟了黄渤海的水动力场，并根据37个潮位站和3个海域海流的实测资料，对比了调和常数、潮位、潮流，计算结果和实测结果吻合良好。通过对计算结果进行准调和分析，给出了黄渤海的潮汐潮流同潮图、潮汐潮流性质分布图、潮流椭圆图和潮致余流图。为预测模型提供了有效的驱动条件。.分析虾夷扇贝的生物特性，建立了IBM模型，根据虾夷扇贝浮游幼虫具有被动扩散的特点，应用粒子追踪模型构建了预测模型。同时在模型中，加入实时风场与温度等因子的影响。数值模拟了虾夷扇贝浮游粒子受风、潮流共同影响下的被动漂移及扩散过程。2015年和2016年分布在辽宁大连老铁山海区进行了现场幼虫密度调查，对计算结果进行了验证。..数值计算结果表明：虾夷扇贝浮游幼虫的被动漂移路经和扩散范围受海流影响最大；风场的影响是在一定程度上将改变漂移的方向和速度。虾夷扇贝浮游幼虫产生区域在獐子岛海域、广鹿岛-大长山岛海域附近，但是经过两个月的随风、海流的扩散后，其分布范围较广，西至大连沿岸，南端可至旅顺沿岸甚至进入渤海湾内侧。这一结论也从数值模拟角度解释了旅顺南岸虾夷扇贝的幼虫来源问题。