Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá năng suất sinh học sơ cấp vùng biển Nam Trung Bộ bằng mô hình ROMS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn là khai thác được phần mềm tính toán thủy động lực và sinh thái của hệ thống mô hình đại dương quy mô vùng (ROMS) và áp dụng tại vùng biển nghiên cứu. Nội dung chính của luận văn là tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, các bước tiến hành chạy mô hình, triển khai cho vùng biển Nam Trung Bộ và phân tích kết quả thu được từ ROMS.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá năng suất sinh học sơ cấp vùng biển Nam Trung Bộ bằng mô hình ROMS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- T u Đ N G N NG ẤT N Ọ Ấ NG ỂN N TR NG NG N R LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- T u Đ N G N NG ẤT N Ọ Ấ NG ỂN N TR NG NG N R Chuyên ngành: H i ng họ Mã số: 60 44 02 28 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐO N VĂN Ộ Hà Nội – Năm 2014 1
LỜI CẢ N Tr ớc hết, em xin gửi lời c m n hân thành nhất đến PGS TS Đoàn Văn ộ ng ời đã tận tình h ớng dẫn em trong suốt thời gian em thực hiện luận văn. Ngoài những kiến thức quý báu mà thầy chỉ dạy, em còn nhận đ ợc sự giúp đỡ của thầy về số liệu và ng t nh to n. Em xin gửi lời c m n hân thành đến PGS TS Nguyễn Minh Huấn ng ời đã ung ấp cho em số liệu và những kiến thức bổ h. Em ũng xin gửi lời c m n tới ThS. Nguyễn Đắ Đa ng ời đã hỗ trợ em nhiều mặt trong thời gian qua. Cuối cùng, em xin gửi lời c m n tới các thầy gi o trong khoa Kh t ợng – Thủy văn – H i ng họ và họ vi n ao họ H i ng họ kh a – 3 đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn. 2
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... 4 MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 7 Ư NG 1 TỔNG QUAN VỀ Ự NG N ỨU .................................................... 10 1.1.Giới thiệu về khu vực biển Nam Trung Bộ ................................................ 10 1.1.1. Vị trí địa lý và địa hình ...................................................................... 10 1.1.2. Điều kiện khí tượng hải văn ............................................................... 11 1.1.3. Yếu tố lý – hóa – sinh học .................................................................. 13 . . Một số ng trình nghi n ứu về qu trình s n xuất và năng suất sinh họ s ấp khu vự iển Nam Trung ộ ................................................................. 14 Ư NG 2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ROMS VÀ MÔ Đ N N T N ZD................. 16 2.1. Giới thiệu mô hình ROMS ......................................................................... 16 2.1.1. ệ phư n tr nh ch đ o ................................................................... 16 2.1.2. Khép kín rối ....................................................................................... 18 2.1.3. Động lực lớp biên đáy ........................................................................ 19 . . M đun sinh th i NPZD trong ROMS ....................................................... 19 Ư NG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ROMS VÀ M Đ N N T NPZD TÍNH T N N NG ẤT SINH HỌ ẤP VÙNG BIỂN NAM TRUNG B .. 23 3.1. Triển khai mô hình tại vùng biển Nam Trung Bộ ..................................... 23 3.1.1. hiết l p điều kiện biên và điều kiện ban đ u cho m h nh ............... 23 3.1.2. Thiết l p các thông số cho mô hình và ch y mô hình ........................ 27 3.1.3. Sự ổn định c a mô hình...................................................................... 29 3.2. Kết qu và nhận xét ................................................................................... 30 3.2.1. rư n d n chảy .............................................................................. 30 3.2.2. rư n nhiệt - muối ........................................................................... 34 3.2.3. rư n các yếu tố sinh thái ............................................................... 39 T N .............................................................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 58 3
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Vị tr địa lý khu vực biển Nam Trung Bộ ............................................. 10 Hình 1.2. Phân bố bức xạ quang hợp trên mặt biển (cal/cm2.phút N t liền - m a h ; N t đứt – m a đ ng ................................................... 11 Hình 1.3. Dòng ch y tầng mặt và vùng hoạt động n ớc trồi mùa hè .................... 13 Hình 1.4. Phân bố nhiệt độ n ớc tầng mặt (0C) N t liền - m a h ; N t đứt – m a đ ng ................................................... 14 Hình . . S đồ theo ph ng ngang ủa l ới Arakawa-C tr i ............................. 18 L ới ROMS theo ph ng thẳng đứng ph i .......................................... 18 Hình . . S đồ NPZD – T ng t giữa muối inh ỡng Ni trát (N), thực vật nổi P động vật nổi (Z) và chất vẩn (D) ...................................................... 20 Hình 3. . Địa hình khu vự t nh to n quan tâm và vị tr mặt ắt nghi n ứu . 24 Hình 3. . Tr ờng ứng suất gió trên mặt biển .......................................................... 24 Hình 3.5. Tr ờng th ng l ợng n ớc ngọt trao đổi qua mặt biển (E-P) .................. 25 Hình 3.6. Tr ờng bức xạ sóng ngắn từ mặt trời ...................................................... 25 Hình 3.7. Tr ờng thông l ợng nhiệt tịnh bề mặt biển ............................................ 25 Hình 3.8. Độ nhạy th ng l ợng nhiệt tịnh bề mặt đối với nhiệt độ bề mặt biển .... 25 Hình 3.9. Điều kiện an đầu về nhiệt độ ................................................................. 26 Hình 3. . Điều kiện an đầu về độ muối ................................................................ 26  Hình 3. . Điều kiện an đầu về NO 3 ..................................................................... 26 Hình 3. . Điều kiện an đầu về chlorophyll-a ........................................................ 26 Hình 3. 3. Điều kiện an đầu về thực vật nổi ........................................................... 27 Hình 3. . iến trình hệ số t ng quan nhiệt độ trung ình tầng mặt th ng giữa năm t nh ............................................................................................. 30 Hình 3. 5. Tr ờng dòng ch y trung bình lớp n ớc mặt tháng 1 .............................. 32 Hình 3. 6. Tr ờng dòng ch y trung bình lớp n ớc mặt tháng 7 .............................. 32 Hình 3. 7. Vận tố ng h y theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ......... 33 Hình 3. 8. Vận tố ng h y theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ......... 33 Hình 3. 9. Vận tố ng h y theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ......... 33 Hình 3. . Vận tố ng h y theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ......... 33 Hình 3.21. Nhiệt độ trung bình lớp mặt biển tháng 1 ............................................... 35 Hình 3.22. Nhiệt độ trung bình lớp mặt biển tháng 7 ............................................... 35 Hình 3. 3. Nhiệt độ n ớ iển trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ..................................................................................................... 36 Hình 3. . Nhiệt độ n ớ iển trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 36 4
Hình 3. 5. Nhiệt độ n ớ iển trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng .................................................................................................... 36 Hình 3.26. Nhiệt độ n ớ iển trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 .................................................................................................... 36 Hình 3. 7. Tr ờng độ muối trung bình lớp mặt biển tháng 1 ................................... 38 Hình 3. 8. Tr ờng độ muối trung bình lớp mặt biển tháng 7 ................................... 38 Hình 3. 9. Độ muối trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ....... 39 Hình 3.3 . Độ muối trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ....... 39 Hình 3.3 . Độ muối trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ....... 39 Hình 3.3 . Độ muối trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ....... 39 Hình 3.33. Nồng độ Chlorophyll-a trung bình lớp mặt biển tháng 1 ........................ 41 Hình 3.34. Nồng độ Chlorophyll-a trung bình lớp mặt biển tháng 7 ........................ 41 Hình 3.35. Nồng độ Chlorophyll-a trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ..................................................................................................... 42 Hình 3.36. Nồng độ Chlorophyll-a trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 42 Hình 3.37. Nồng độ Chlorophyll-a trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt 2 th ng ..................................................................................................... 42 Hình 3.38. Nồng độ Chlorophyll-a trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 42 Hình 3.39. Nồng độ ni tr t trung ình lớp mặt biển tháng 1 ..................................... 44 Hình 3.40. Nồng độ ni tr t trung ình lớp mặt biển tháng 7 ..................................... 44 Hình 3.41. Nồng độ ni tr t trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng .. 45 Hình 3. . Nồng độ ni tr t trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 .. 45 Hình 3. 3. Nồng độ ni tr t trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng .. 45 Hình 3. . Nồng độ ni tr t trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 .. 45 Hình 3.45. Sinh khối thực vật nổi trung bình lớp mặt biển tháng 1 .......................... 47 Hình 3.46. Sinh khối thực vật nổi trung bình lớp mặt biển tháng 7 .......................... 47 Hình 3.47. Sinh khối thực vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ..................................................................................................... 48 Hình 3.48. Sinh khối thực vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 48 Hình 3.49. Sinh khối thực vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ..................................................................................................... 48 Hình 3.50. Sinh khối thực vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 48 Hình 3.51. Sinh khối động vật nổi trung bình lớp mặt biển tháng 1 ......................... 50 Hình 3.52. Sinh khối động vật nổi trung bình lớp mặt biển tháng 7 ......................... 50 5
Hình 3.53. Sinh khối động vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ..................................................................................................... 51 Hình 3.54. Sinh khối động vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 51 Hình 3.55. Sinh khối động vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ..................................................................................................... 51 Hình 3.56. Sinh khối động vật nổi trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 51 Hình 3.57. Nồng độ chất vẩn trung bình lớp mặt biển tháng 1 ................................. 53 Hình 3.58. Nồng độ chất vẩn trung bình lớp mặt biển tháng 7 ................................. 53 Hình 3.59. Nồng độ chất vẩn trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng .................................................................................................... 54 Hình 3.60. Nồng độ chất vẩn trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 54 Hình 3.61. Nồng độ chất vẩn trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng ..................................................................................................... 54 Hình 3.62. Nồng độ chất vẩn trung ình theo ph ng thẳng đứng tại mặt ắt th ng 7 ..................................................................................................... 54 Hình 3.63. Phân bố sinh khối thực vật nổi trong lớp n ớc mặt tháng 1 (bên trái), tháng 7 (bên ph i): a, b – theo [4], c, d – kết qu của luận văn. ............ 55 Hình 3.64. Phân bố sinh khối động vật nổi trong lớp n ớc mặt tháng 1 (bên trái) tháng 7 (bên ph i): a, b – theo [4], c, d – kết qu của luận văn ............. 56 6
MỞ ĐẦU Trong nghiên cứu hệ sinh thái biển hai h ớng nghiên cứu chính: thống kê trên số liệu thự đo và m hình h a. Hai h ớng nghiên cứu này đều đã đ ợc quan tâm và áp d ng tại Việt Nam trong đ ph ng ph p m hình h a xu h ớng đ ợc u ti n sử d ng hiện nay do tính hiệu qu và kinh tế. M hình h a hệ sinh th i iển là việ m ph ng qu trình sinh h a l họ iễn ra rất phứ tạp trong hệ sinh th i một v ng iển ng ph ng trình to n họ để đ ợ những ự đo n về trạng th i ủa hệ sinh th i iển trong một kho ng thời gian hoặ tại một thời điểm. ng việ đ a vào m hình những th ng số gần với điều kiện thự ph ng ph p m hình h a hệ sinh th i iển ho ph p m ph ng to n họ qu trình tự nhi n một h hi tiết kết hợp với việ xử l th ng tin nhanh ng ph ng tiện t nh to n hiện đại m hình thể ho những kết qu tổng qu t và nhanh h ng. Tuy nhi n m hình h a hệ sinh th i iển kh ng ph i là ph ng ph p tuyệt đối o ị hạn hế về số l ợng ph ng trình và số ph p t nh mặt kh qu trình trong tự nhi n rất phứ tạp ph ng trình kh ng thể thâu t m hết đ ợ nh ng quan trọng nhất m hình ho ph p ng ời nghi n ứu ph t hiện quy luật n phổ iến mà ph ng ph p kh nhiều khi kh ng đạt đ ợ [ . C nghi n ứu trong l nh vự m hình h a hệ sinh th i iển hiện đang đ ợ triển khai theo a h ớng [ : H ớng thứ nhất: M hình h a từng qu trình sinh-h a ri ng iệt trong khâu huyển h a vật hất năng l ợng qua ậ inh ỡng kh nhau tr n sở thự nghiệm và quan trắ trong tự nhi n. H ớng thứ hai: M hình h a tổ hợp một số qu trình sinh-h a trong một giai đoạn huyển h a vật hất hoặ trong một hu trình kh p k n nh m thiết lập ài to n động lự họ sự huyển h a vật hất trong giai đoạn hoặ hu trình này. 7
H ớng thứ a: Kết hợp m hình vật l và m hình sinh th i nh m thiết lập m hình tổng hợp thể đ nh gi đ ợ nh h ởng ủa một số qu trình nhiệt động họ h i ng tới đặ tr ng ấu trú kh ng gian ủa hợp phần trong hệ sinh th i iển. Luận văn này tiếp ận h ớng nghi n ứu thứ 3 trong t nh to n yếu tố sinh thái quan trọng cho khu vực biển Nam Trung Bộ, bao gồm nồng độ ni tr t  NO 3 , sinh khối của thực vật nổi phytoplankton động vật nổi (zooplankton), nồng độ chất vẩn (detritus), với t n đề tài: “Đ nh gi năng suất sinh họ s ấp vùng biển Nam Trung Bộ b ng m hình ROMS”. M c tiêu của luận văn là khai th đ ợc phần mềm tính toán thủy động lực và sinh thái của hệ thống m hình đại ng quy mô vùng (ROMS) và áp d ng tại vùng biển nghiên cứu. Nội dung chính của luận văn là tìm hiểu về sở lý thuyết ớc tiến hành chạy mô hình, triển khai cho vùng biển Nam Trung Bộ và phân tích kết qu thu đ ợc từ ROMS. Hệ thống m hình đại ng quy m v ng ROMS là s n phẩm nghiên cứu của Đại họ California Đại học Rutgers (Hoa Kỳ) và tổ chức IRD (Pháp), là một mô hình hiện đại có nhiều ứng d ng cho nghiên cứu về một khu vực biển. Luận văn tập trung khai thác ứng d ng mô ph ng tr ờng thủy động lự tr ờng nhiệt – muối và tr ờng các yếu tố sinh thái của khu vực biển Nam Trung Bộ. Trên kết qu của việc ứng d ng ROMS, luận văn đã đ a ra đ ợc bức tranh thủy động lự tr ờng nhiệt muối và phân bố của các yếu tố sinh thái trên các tầng sâu của khu vực biển Nam Trung Bộ. Bố c c luận văn gồm a h ng h nh nh sau: ương 1. Tổng quan về uv ng n ứu: Đem đến cái nhìn tổng quát về vị tr địa l điều kiện kh t ợng h i văn một số nghi n ứu về năng suất sinh họ ủa khu vực Nam Trung Bộ ương 2. G ới thiệu mô ìn R và mô đun ệ sinh thái trong ROMS: Giới thiệu về sở lý thuyết ph ng ph p t nh ủa mô hình ROMS và mô đun sinh th i trong ROMS. 8
ương 3. Ứng dụng mô ìn R và mô đun hệ sinh thái trong R tín toán năng suất sinh họ sơ ấp vùng biển Nam Trung Bộ: Giới thiệu ớ triển khai m hình những kết qu hủ yếu và những nhận định về đặ tr ng n phổ iến ủa yếu tố sinh th i v ng iển nghi n ứu. 9
Ư NG 1 TỔNG QUAN VỀ Ự NG N ỨU 1.1.Giới thiệu về khu v c biển Nam Trung Bộ 1.1.1. Vị trí địa lý và địa hình Khu vực biển Nam Trung Bộ n m ở phía tây của Biển Đ ng thuộc khu vực biển Nam Việt Nam, diện tích kho ng 197522 km2, có vị tr địa l nh sau: Kinh độ: từ bờ biển Việt Nam đến 1110 5’ E V độ: từ 90 5’ N đến 140 5’ N 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 220 Khu vực 200 biển Nam Trung Bộ 180 160 140 120 100 Hình 1.1. Vị tr địa lý khu vực biển Nam Trung Bộ Khu vực biển Nam Trung Bộ địa hình đ y kh dốc, độ sâu biến đổi trong kho ng từ m đến tr n 3 m xem th m hình 3. h ng 3 . 10
1.1.2. Điều kiện khí tượng hải văn * Bức x quang hợp Vùng biển Nam Trung Bộ thuộc miền nội chí tuyến bắ mỗi năm hai lần mặt trời đi qua thi n đỉnh vào th ng và th ng 8 n n th ờng xuyên nhận đ ợc nguồn năng l ợng bức xạ tự nhiên dồi ào trong đ khu vực gần bờ nhận kho ng 130-135 Kcal/cm2.năm; ngoài kh i: 5 -180 Kcal/cm2.năm hình . . Ở khu vự này an ngày th ờng dài, trời th ờng quang mây, nhiều th ng l ợng mây tổng quan kh ng v ợt quá cấp 6-7. L ợng bức xạ tự nhiên vào cỡ 50-70 cal/m2.giờ và th ờng có giá trị cao từ th ng 3 đến tháng 8, là những tháng có nhiều giờ nắng đạt trên 250 giờ/tháng vào các tháng 3, 4, 5 và trên 200 giờ th ng vào th ng 7 8 [4]. Hình 1.2. Phân bố bức xạ quang hợp trên mặt biển (cal/cm2.phút N t liền - m a h ; N t đứt – m a đ ng [4] Khu vự này độ trong suốt kh ao: khu vực gần bờ 4- m ngoài kh i 5- m và ao h n. Do vậy, bức xạ dễ dàng xâm nhập tới các lớp n ớc sâu. Với hệ số suy gi m bức xạ trong n ớc biển vào cỡ 0.05-0.08 là giá trị trung bình cho các vùng 11
biển nhiệt đới gần bờ, chiều dày lớp quang hợp ở khu vự lớp n ớc có bức xạ trên 0.003 cal/cm2.phút) có thể đạt đ ợc 80-100m [4]. * Hệ thống hoàn lưu và chuyển động thẳn đứng Vùng biển Nam Trung Bộ n m trọn trong vùng nhiệt đới gió mùa, chịu nh h ởng ủa hoàn l u kh quyển: gi m a đ ng ắc hoạt động chủ yếu từ tháng 11 đến th ng 3 năm sau mạnh nhất vào tháng 2 với tuần suất h ớng ắ đ ng ắ chiếm trên 85%, tần suất tố độ lớn h n 6 m s hiếm tr n 7 và gi m a tây nam hoạt động chủ yếu từ th ng 5 đến tháng 9, mạnh nhất vào th ng 7-8 với tần suất h ớng tây và tây nam hiếm trên 70%, tần suất tố độ lớn h n 6 m s hiếm trên 60%. Chế độ hoàn l u n ớc tầng mặt khá thống nhất với tr ờng gió: ở khu vực gần bờ có dòng ch y xiết dọc bờ h ớng ng ợc nhau trong hai mùa và tố độ trung bình vào kho ng 50-70 cm/s; ở khu vực xa bờ dòng ch y phân t n h n tố độ vào kho ng ới đến 5 m s hình .3 [ . N ớc trồi là hiện t ợng đặc thù ở khu vự iển Nam Trung Bộ, xuất hiện trong mùa gió tây nam. Khu vự n ớc trồi hoạt động mạnh n m ở kho ng v độ từ đến 3 độ v ắ kinh độ từ 9 đến độ kinh động ờng độ cỡ 5-15.10-3 cm s độ sâu xuất phát ở tầng n ớc kho ng 75-200 m. Phạm vi hoạt động n ớc trồi lan rộng hầu khắp vùng biển ho đến kho ng độ kinh đ ng với ờng độ cỡ 1- 5.10-3 cm/s. Hiện t ợng n ớc trồi đã làm iến đổi hàng loạt đặ tr ng l h a sinh học của vùng biển Nam Trung Bộ trong mùa hè so với những vùng xung quanh, tạo nên một hệ sinh thái trù phú [4]. 12
Hình 1.3. Dòng ch y tầng mặt và vùng hoạt động n ớc trồi mùa hè [4] 1.1.3. Yếu tố lý – hóa – sinh học Nhiệt độ n ớc ở tầng mặt tại vùng biển nghiên cứu thấp h n so với khu vự kế cận hầu hết thời gian trong năm hình . . Vào m a đ ng ng h y lạnh dọc bờ đã tạo nên ở đây l ỡi n ớc lạnh nhân ới 260C h nh đ ng ới 250C, trong khi nền nhiệt trung bình nam biển Đ ng thời kỳ này là 270C. Vào mùa hè, n ớc trồi xuất hiện làm nhiệt độ n ớc tầng mặt thấp h n -20C so với vùng ngoại vi (27-280C so với 290C . C đ ờng đẳng nhiệt tầng mặt tạo thành vòng khép kín tại khu vự n ớc trồi mạnh với tâm trồi nhiệt độ ới 27.50C, nhiều năm ới 260C. Lớp đồng nhất nhiệt độ có chiều dày kho ng 50-7 m trong m a đ ng -40m trong mùa hè và nh h n m ở v ng tâm n ớc trồi [4]. 13
Hình 1.4. Phân bố nhiệt độ n ớc tầng mặt (0C) N t liền - m a h ; N t đứt – m a đ ng [ Do vật chất ủa khu vự đ ợc bổ sung th ờng xuyên từ cửa sông Cửu Long, từ các vùng biển phía bắc và từ các lớp n ớc sâu nhờ ình l u và x o trộn thẳng đứng, nhất là hoạt động n ớc trồi mùa hè, vùng biển Nam Trung Bộ thuộc loại vực n ớc nhiệt đới giàu inh ỡng. Phân bố mặt rộng của các hợp chất inh ỡng nói chung có sự phân hóa mạnh trong mùa hè: những khu vự hàm l ợng dinh ỡng ao th ờng tập trung ở gần bờ, cửa sông và khu vự n ớc trồi mạnh, phù hợp với vị trí các nguồn bổ sung. Trong m a đ ng phân ố mặt rộng các hợp chất dinh ỡng đồng đều h n [ . 1.2. ột s ông trìn ng n ứu về quá trìn sản uất và năng suất s n ọ sơ ấp uv ển N m Trung ộ Cho đến nay đã một số nghiên cứu về qu trình s n xuất và năng suất sinh họ s ấp tại vùng biển Nam Trung Bộ [1, 2, 3, 4, 7], có thể kể đến là các công trình nghiên cứu của PGS. TSKH. Nguyễn Tác An (và cộng sự nh “Năng 14
suất sinh họ s ấp và hiệu ứng sinh thái của ng n ớc trồi ở v ng biển Nam Trung Bộ” 997 [ ho thấy sứ s n xuất s ấp ủa v ng n ớ trồi mạnh Nam Trung ộ gi trị trung ình 6 . 5. 7 mgC m3 ngày ao động trong kho ng 7-718 mgC/m3 ngày. Sứ s n xuất s ấp iến động mạnh theo thời gian và kh ng gian. Tại v ng tâm n ớ trồi năng suất s ấp gi trị 6 mgC m3 ngày nh ng ra ph a ngoại i n về ph a Tây Nam năng suất s ấp thể tăng đến -300 mgC/m3 ngày. Sứ s n xuất s ấp th ờng đạt gi trị ự đại ở độ sâu 5- 5 m. Tiếp theo nghi n ứu “Điều tra nghi n ứu đặ điểm sinh th i nguồn lợi và định h ớng quy hoạ h tổng thể ph t triển ngành kinh tế h i s n ở v ng iển ven ờ Kh nh H a” 998 [ ho thấy v ng iển ven ờ khu vự Nam Trung ộ gi trị năng suất sinh họ s ấp rất ao ao động trong kho ng – 1500 mgC/m3.ngày n v ng thềm l địa độ sâu đến m năng suất sinh họ s ấp gi trị trung ình là 5 -60 mgC/m3.ngày ao động trong kho ng – 100 mgC/m3.ngày. Gi trị năng suất t h phân trong ột n ớ iện t h mặt ắt m2 th ờng ao động trong kho ng 8 -1500 mgC/m2.ngày. Năng suất sinh họ s ấp trung ình v ng thềm l địa Kh nh H a gi trị 5.6 6 mgC m3.ngày n gi trị năng suất t h phân là 776 6 mgC m2.ngày [7 . Công trình nghiên cứu về năng suất sinh họ s ấp của PGS. TS. Đoàn Văn Bộ trong luận n Ph tiến s “M hình h a sự phân bố sinh vật nổi và năng suất sinh họ s ấp vùng biển Nam Trung Bộ” 99 ho thấy hàm l ợng phốt pho v tại khu vự tâm n ớ trồi đạt tr n 8 mgP m3 tạo n n v ng iển giàu s n phẩm trong thời kỳ m a h năng suất s ấp đạt ỡ 5 mgC m2.ngày khu vự từ mn ớ trở vào đạt mgC m2.ngày và ri ng v ng tâm trồi đạt ỡ 3 mgC m2.ngày tầng n ớ - 5 m là tầng sứ s n suất s ấp ự đại hiếm tr n 7 tổng s n phẩm s ấp ủa lớp quang hợp [ . 15
CHƯ NG 2 GIỚI THIỆ N R À Đ N N T N ZD 2.1. Giới thiệu mô hình ROMS Hệ thống m hình đại ng quy m v ng ROMS là một thành viên trong lớp mô hình số trị có hệ tọa độ thích ứng địa hình, mặt thoáng, ba chiều. Hệ thống m hình này đ ợc nghiên cứu và phát triển ở Đại họ California Đại học Rutgers (Hoa Kỳ) và tổ chức IRD (Pháp) với m đ h t nh to n hoàn l u hệ sinh thái và các chu trình sinh-địa-hóa học trong các khu vực biển ven kh nhau. ROMS đ ợc duy trì và áp d ng bởi một cộng đồng ng ời sử d ng, hiện tại con số đã tới hàng trăm họ đã nhiều i tiến về thuật to n sinh-địa-h a họ động lự họ để tạo ra một hệ thống m hình iển thự đa mự đ h nhiều quy m kh ng gian thời gian và gi i quyết nhiều vấn đề sinh th i-m i tr ờng. Nghiên cứu này sử d ng kết qu nghiên cứu từ phiên b n ROMS của tổ chức IRD - ROMS_AGRIF đ ợc hỗ trợ bởi bộ công c ROMSTOOLS ho qu trình tr ớc và sau chạy mô hình ROMS [9]. 2.1.1. ệ phư n tr nh ch đ o C ph ng trình trong m hình ROMS đ ợc viết trong tọa độ Đề các theo ph ng ngang và tọa độ Sigma theo ph ng thẳng đứng trong đ độ sâu phi thứ nguy n đ ợc tính theo công thức: z   (1) h  trong đ z là tọa độ theo ph ng thẳng đứng trong hệ tọa độ Đề ,   mực mặt thoáng, h – độ sâu đ y iển. Với cách chuyển đổi này thì - ≤  ≤ trong đ  = 0 t ng ứng với mặt thoáng z= ζ,  =−1 t ng ứng với đ y iển z = −h. ROMS gi i hệ ph ng trình Navier – Stokes trung bình Reynolds sử d ng xấp xỉ Boussinesq và xấp xỉ thủy t nh. Hệ ph ng trình thủy động lực chủ đạo – 16
trong dạng th ng l ợng, hệ tọa độ ngang Đề và sigma theo độ sâu đ ợ viết nh sau:   H Z u    uH Z u    vH Z u    H Z u  H p    u     fH Z v   Z  HZ g  (u ' w '  ) t x y  0 x x  H Z  (2)   HZ v   uH Z v    vH Z v    H Z v  H Z p    v     fH Z u    HZ g  (v ' w '  ) t x y  0 y y  H Z  (3) 1 p g 0  H  (4) 0  0 z với ph ng trình li n t c:    H Z u    H Z v    H Z     0 t x y  (5) và ph ng trình vận chuyển v h ớng:   HZC    uH Z C    vH Z C    H Z C    C     (C ' w '  )  Csource (6) t x y   H Z  ở đây u, v và Ω là những thành phần vận tốc dòng ch y theo ph ng ngang x và y) và theo ph ng thẳng đứng (theo hệ tọa độ sigma,  t ng ứng; ζ là độ ao n ớc dâng mặt thoáng trung bình; Hz là hệ số tỉ lệ theo chiều thẳng đứng và f là tham số Coriolis. Gạch ngang ở trên thể hiện trung bình thời gian và một dấu nh y ’ thể hiện nhiễu động rối. Áp suất là p; ρ và ρ0 là mật độ tổng cộng và mật độ chuẩn; g là gia tốc trọng tr ờng; υ là hệ số nhớt phân tử. C là một yếu tố vật l hoặ yếu tố m i tr ờng nào đấy v nhiệt độ độ muối hàm l ợng trầm t h l lửng, chất vẩn, thực vật nổi động vật nổi ni t v h a tan ; Csource là những các thành phần nguồn sinh/mất của các yếu tố C. Cuối cùng, một hàm:   f (T , S , p) (7) với T – nhiệt độ, S – độ muối, p- áp suất là ph ng trình trạng th i n ớc biển. Hệ ph ng trình này đ ợc khép kín bởi việc tham số hóa ứng suất Reynolds và th ng l ợng rối của các yếu tố vật l nh sau: 17
u v  u ' w '  KM (8); v ' w '   K M (9); C ' w '   K H (10) z z z trong đ KM là hệ số nhớt xo y đối với động l ợng và KH là hệ số khuếch tán xoáy đối với yếu tố vật lý [9]. Rời rạc hóa mô hình tiến hành theo ph ng ngang theo l ới tính Arakawa-C và theo ph ng thẳng đứng là l ới sigma ph ng ph p sai phân trung tâm đ ợc sử d ng [10]. Hình 2.1. S đồ theo ph ng ngang ủa l ới Arakawa-C tr i L ới ROMS theo ph ng thẳng đứng ph i [9] 2.1.2. Khép kín rối Trong những ứng d ng quy m v ng đặ tr ng hệ ph ng trình trong ROMS th ờng đ ợc gi i bởi một l ới tính mà kho ng cách giữa nút l ới là quá lớn để gi i quyết một cách thích hợp những quá trình rối quy mô nh ở mức tiêu tán. Bởi vậy, những qu trình quy m ới l ới đối với xáo trộn theo ph ng thẳng đứng của động l ợng (hệ số nhớt rối KM) và khối l ợng (hệ số khuếch tán rối KH) ph i đ ợc tham số hóa sử d ng một mô hình khép kín rối. ROMS cung cấp năm ph ng ph p để khép kín rối: (i) dùng những biểu thức gi i t h đ ợ x định bởi ng ời sử d ng cho KH và KM; (ii) tần số xáo trộn Brunt – Vaisala trong đ mứ độ xáo trộn đ ợ x định dựa trên tần số ổn định, (iii) sự tham số hóa K-profile, (iv) 18
Mellor – Yamada cấp 2.5, và (v) những ph ng ph p quy m ài tổng quát [9]. Nghiên cứu này sử d ng ph ng ph p đầu tiên. 2.1.3. Động lực lớp biên đáy ROMS thực hiện hai mô hình chi tiết để thể hiện những quá trình lớp i n đ y: i ho tr ớ hệ số ma sát, và (ii) những ph ng trình phức tạp h n để biểu diễn sự t ng t ủa sóng và dòng ch y lên trầm t h đ y t nh ịch chuyển [9]. Nghiên cứu này sử d ng loại mô hình thứ nhất. 2.2. ô đun s n t á N ZD trong R S n l ợng sinh vật là l ợng hất hữu đ ợ hình thành ởi quần thể sinh vật trong một kho ng thời gian. Một phần ủa s n l ợng đ ợ gọi là sinh khối tứ là l ợng hất hữu ủa thể tại thời điểm nghi n ứu kh ng ph thuộ vào kho ng thời gian mà thể tồn tại. S n l ợng sinh vật t nh tr n đ n vị thời gian ph n nh ờng độ s n xuất hất hữu đ ợ gọi là năng suất sinh họ [8] đối với sinh vật tự ỡng hủ yếu là thự vật đ ợ gọi là năng suất sinh họ s ấp đối với sinh vật ị ỡng hủ yếu là động vật đ ợ gọi là năng suất sinh họ thứ ấp. Chlorophyll-a là một thành phần n trong ấu trú tế ào thự vật nổi iển o vậy thể ăn ứ vào hàm l ợng hlorophyll-a để đ nh gi sinh khối thự vật nổi. ROMS đ a ra một số các mô hình nh về sinh thái. Với m đ h ph t triển đa dạng 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 loại đa loài phytoplankton [9]. Mô hình loại NPZD có bốn biến trạng thái gồm giới hạn dinh ỡng th ờng thấy nhất là nit v thực vật nổi động vật nổi và chất vẩn, tất c đều đ ợ đo theo đ n vị giới hạn inh ỡng (c thể trong nghiên cứu này là mmolN.m-3). Nghiên cứu này sử d ng mô hình loại NPZD đ n gi n nhất, với m c đ h tìm hiểu ớ đầu về ứng d ng tính toán hệ sinh thái trong hệ thống mô hình ROMS (hình 2.2). 19