东海近海赤潮发生与演变的时空动力学问题研究

This project is proposed to adopt HAB algae growth phenomenon occurred at the coastal waters of the East China Sea as the study object, and take the convection reaction diffusion dynamics theory as the basis, through considering various environmental factors and monitoring the water quality data when HAB algae occurs, to establish the corresponding growth convection reaction diffusion kinetics model for all kinds of HAB algae and further study the spatiotemporal dynamic and the evolution rules of the above model, and finally illustrate HAB algae growth dynamic mechanism happened at the coastal area of East China Sea. For this purpose, the analysis technology of computer image information fusion is adopted to reveal the diffusion rules of HAB algae and also investigate the various spatiotemporal dynamics of HAB algae diffusion and convection reaction diffusion kinetic model, especially for the relation between the spatiotemporal chaos. This will provide scientific basis for the application of the above model in exploring HAB algae diffusion mechanism at the coastal area of East China Sea, and also provide new ideas for study of the above mechanism.

本项目拟以东海近海海域发生的赤潮现象为研究对象，以对流反应扩散动力学理论为依据，考虑各类环境因素，利用发生赤潮时监测的水质数据，建立起相对应的各类赤潮藻类生长对流反应扩散动力学模型，研究这些赤潮藻类生长对流反应扩散动力学模型的时空动力学性质以及演化规律，阐明东海近海海域发生赤潮的藻类增长时空动态机理，使用计算机图像信息融合分析技术，揭示赤潮藻类扩散的规律，探讨赤潮藻类扩散过程与对流反应扩散动力学模型中各类时空动力学行为特别是时空混沌的关系，这将为对流反应扩散动力学模型在探索东海近海海域环境下赤潮生消扩散机理中的应用提供科学依据，并将为东海近海海域赤潮生消扩散机理的研究提出一种新思路。

近年来，东部沿海社会经济高度发展，导致近海海域水体富营养化日剧严重和赤潮频繁发生，对我国近海海域造成严重的生态、资源、环境问题和重大的经济损失，特别不利于我国海洋经济的良好发展，因此，对近海海域水体富营养化与赤潮爆发问题研究已成为迫在眉睫需要解决的关键问题之一。本研究项目以海洋生态动力学理论为基础，借助非线性动力系统，依据东海近海野外调查数据和实验室试验模拟数据，了解了该海域水质富营养化程度和赤潮爆发情况，探讨了有害赤潮与羊栖菜的相互影响机制，构建了浮游植物增长动力学新模型和浮游植物时空分布动力学新模型，建立起一系列动力学丰富、更符合浮游植物生长规律的动力学判断和准则，研究了模型动力学性态及其动态演化机制，探索了各类生态环境因子对模型动力学性态演化进程的影响机制，揭示了模型时空动力学性态与赤潮动态扩散的响应机制，从浮游植物的动态增长和时空分布等方面剖析出浮游植物的增长机制和赤潮的演化机理，最终提出了一套基于动力系统模式的海洋浮游植物种群生态动力学模型的构建技术、求解算法和分析方法。项目研究成果为非线性动力系统在探索海洋赤潮爆发机理中的应用提供了科学依据，为东海近海海域浮游植物生长动态变化趋势预测提供了理论支撑与实验仿真，更为解决近海海域赤潮爆发机制问题中亟需的关键难题提供了新方法和新思路。