应用广义相加模型分析东海主要浮游植物类群时空格局和调控机制

Phytoplankton is the cornerstone of the marine ecosystem, and has a close relationship with the global climate change. Traditional ecological studies based on field multidisciplinary investigation, summarized variation and mechanism of phytoplankton dynamics under different spatial and temporal scales. In recent years, the studies using mathematical models provided a new idea for ecological research. The present project was designed to collect a large number of multidisciplinary field data for deepening and integration analysis. The generalized additive models of major phytoplankton groups in the typical area of the East China Sea will be established to systematically and fully excavate results from the perspective of mathematical analysis. At the meantime, based on the results of GAMs models and combined with the in situ studies, two-pronged analysis will be considered from the bottom-up control and top-down control to study the variations of phytoplankton biomass and community structure, and reveal the patterns and regulation mechanisms of different phytoplankton groups in different spatial and temporal scales as well. Based on basic research and interdisciplinary, this project focus on ecosystem research against the status of phytoplankton ecology research in the East China Sea, and provides scientific results for sustainable development and environmental protection.

浮游植物是海洋生态系统的基石，与全球气候变化有着密切关系。通过现场多学科调查的经典生态学研究难以获得较大时空尺度信息和理清复杂生态系统调控机制。近年来，基于现场研究结果的数学模型分析为生态学研究提供了新思路。本项目提出通过对大量现场多学科调查资料进行深化与集成分析，结合遥感卫星资料建立东海典型水团的重要浮游植物类群的广义相加模型（Generalized Additive Models），并有针对性地开展现场和实验室研究进行模型优化和验证。希望利用模型分析的优势从数学分析的角度打开思路，总结典型区域重要浮游植物类群的气候态时空分布格局和年际变化趋势。同时，基于模型结果，有针对性地设计实验，从上行控制和下行控制两方面揭示东海典型区域浮游植物不同类群时空分布格局的影响因素和调控机制。项目针对东海浮游植物生态学研究现状，立足基础研究和多学科交叉，深化已有研究成果，为海洋可持续发展和环境保护提供科学依据。

项目围绕“东海不同水团浮游植物生物量和重要类群的时空分布格局和调控机制”这一科学问题，在2015-2017年按照项目任务书开展各项研究内容。通过历史数据的收集、整理、比对和同化，我们建立了东海及其临近典型海区近二十年的浮游植物现场调查数据集。利用广义线性模型、广义相加模型、广义相加混合模型等多种数学统计分析模型，结合卫星遥感资料和现场过程研究，项目厘清了东海及其临近海区浮游植物分布的时空分布模式，基本阐明了其时空演变规律和调控机制，并对全球气候变化和区域人类活动影响下的变动趋势进行了讨论和预测。项目实施的三年间在东海典型海区开展现场研究工作，共计搭载8个航次，海上作业203人*天。这些现场研究成果为数学模型的建立和验证提供了大量数据资料。截至2017年12月发表项目标注论文8篇，均为SCI收录，包括在《Water Research》、《Ecosystems》、《Deep Sea Research: Part I》、《Journal of Sea Research》和《Continental Shelf Research》等国际知名海洋生态学研究期刊上发表长篇研究论文，还有多篇论文正在修改、投稿和撰写过程中。另外，项目支撑了相关学科方向博士后、博士和硕士研究生等多人完成其全部或部分研究工作，为培养创新型人才、搭建研究团队和开展国内外合作交流提供了关键支撑条件。总之，项目集成了大量相关历史数据资料，结合卫星遥感资料、数学模型分析和现场过程研究深入地挖掘了不同时空尺度下浮游植物群落变化的规律和机制，研究内容均已经全部完成，达到预期目标，部分研究内容获得突破性研究成果，提升了研究团队的潜力和水平，初步形成影响力。