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青藏高原草地生态系统碳通量研究进展 总被引：7，自引：3，他引：4
青藏高原拥有我国面积最大的天然草地,区域内生态系统碳通量的长期定位观测研究具有重要意义.在总结生态系统碳通量主要研究方法基础上,对青藏高原不同植被类型碳循环的源、汇效应、时空变化及其与影响因子关系等研究领域所取得的重要进展进行了综合评述.现有研究表明,不同植被类型间CO2通量的季节变化、年际变化、交换量和碳源汇特征等存在明显差异,光合有效辐射、温度、降水、土壤水分和叶面积指数等是影响碳通量变化的主要驱动因子.最后,结合当前青藏高原地区生态系统碳通量研究的现实与需要,探讨了通量观测所面临的主要科学问题及解决途径.未来对青藏高原碳循环关键过程的研究工作还需要多尺度、长期生态实验和CO2通量观测数据支持,同时以此为基础发展新的数据处理、分析和跨尺度机理模拟方法,建立青藏高原生态系统碳循环模型. 相似文献
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青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型(包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸)的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差(RMSE)为0.03mol C/m~2/d,模型效率(EF)为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03mol C/m~2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。 相似文献
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全球/区域生态系统碳循环研究具有多台站联网观测、多源异构数据、多模型综合分析、跨领域科学家协同工作等特点。以中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)为基础平台,论述建立碳循环科研信息化环境(e-Carbon Science)的迫切性,系统阐述e-Carbon Science的目标、组成、关键技术及研究进展,构建了由"四环境(碳循环数据集成与服务环境、模型模拟环境、可视化分析环境、科研协同工作环境)、三系统(站点、区域、全国尺度陆地生态系统碳收支评估应用系统)"组成的ChinaFLUX e-Carbon Science,形成ChinaFLUX通量数据采集—传输—存储—管理—处理—可视化—共享服务的一体化系统,实现不同尺度的碳收支快速评估与模拟,支撑并促进我国陆地生态系统碳循环研究和生态信息学发展,对我国野外台站网络信息化起到引领和示范作用。 相似文献
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基于LPJ模型的制种玉米碳水通量模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model(LPJ)模型是由Lund University,Pots-dam Climate Research Centre和Max-Planck-Institute for Biogeochemistry,Jena联合开发的植被动态模型,该模型以气候、土壤质地和CO2数据作为输入模拟植被与环境的碳水交换过程。为了利用高时间分辨率的输入数据,对模型的代码进行了改写。张掖绿洲盈科站位于干旱区绿洲典型的农田生态系统。应用其观测资料作为LPJ的输入,模拟了张掖绿洲制种玉米的碳水通量,并用涡动观测到的潜热和CO2通量验证蒸散发和NEE的模拟结果。结果表明LPJ模型能够较好地模拟制种玉米与环境之间的碳水交换,蒸散发(ET)的模拟值与观测值的R2为0.8;NEE的模拟值与观测值的R2为0.79。 相似文献
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陆地生态系统模型比较研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
陆地生态系统作为地球表层复杂系统中重要一环是全球碳氮循环研究的核心内容之一，在陆地生态系统研究中模型作为一种必不可少的手段备受关注。近年来，国际上发展了多种基于不同原理和目标的模型，其模拟结果也不尽相同。为了对这些模型进行比较研究，国际上开展了多个模型比较研究计划。本在筒述各种模型比较计划的基础上；阐述了目前国际上一些比较成功的模型的研究进展；指出模型的进一步发展必须建立在对生态系统各个组成要素、生态过程及其对气候变化的响应与反馈机制研究的基础之上。耦合大气、岩石圈、生物圈从机理上模拟碳氮动态，同时在进行区域或全球尺度评价时引入遥感、地理信息系统等手段，将是未来模型发展的趋势。 相似文献
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中国陆地生态系统总初级生产力VPM遥感模型估算 总被引：4，自引：0，他引：4
陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,简称GPP)时空格局及其变化动态的准确监测是区域碳收支研究的核心问题之一,遥感模型正在为区域碳通量监测提供更为实时、准确的模拟数据。基于中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,简称MODIS)遥感数据和涡度相关碳通量观测数据发展而来的VPM模型经过10年的努力,目前已经在全球涵盖十类生态系统的21个站点上开展模型的校验与验证研究,为区域GPP的准确估算与监测奠定了方法基础。本研究构建了评估GPP区域格局的VPM模型区域模式,以空间分辨率500m、时间步长8天的MODIS卫星影像数据以及相同时空分辨率的温度与光合有效辐射数据为模型输入数据,模拟估算我国2006~2008年GPP及其空间分布格局。VPM模型模拟的中国陆地生态系统GPP年总量平均值为5.0Pg C/a,其中森林、草地、农田和灌丛生态系统分别占34%,17%,37%和12%。本研究模拟的全国GPP总量与多模型模拟的平均结果(5.40 Pg C/a)相当,但不同模型估算的各类生态系统GPP存在较大差异。本研究通过利用遥感数据对VPM模型中的关键参数(最大光能利用率)进行参数空间化,表达同一土地覆被类型内部光能利用率的空间异质性;应用目前我国准确性最为可靠的土地利用与植被数据提取土地覆被数据,首次将农业多熟种植作为单独的植被类型引入模型中,模型参数与输入数据的精度保障了模型模拟结果的可靠性。 相似文献
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陆地生态系统水—碳耦合循环与过程管理研究 总被引：14，自引：1，他引：14
陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心，也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题，是人类维持全球生态系统的物质与能量循环、自然资源循环再生的重要生态学途径。我们在综合评述现代应用生态学研究的发展趋势，陆地生态系统水和碳循环与生态系统管理关系的基础上，提出了陆地生态系统水循环与碳循环过程管理的内容与思路，阐述了生态系统水和碳耦合循环机制与模拟综合研究的新设想。 相似文献
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中国陆地生态系统近 2 0年碳空间动态的初步研究(英文) 总被引：4，自引：0，他引：4
陆地生态系统的净生产力 (NEP)是生态系统净初级生产力 (NPP)和异氧呼吸 (Rh)之差。在全球尺度上 ,反映NPP和Rh之差的NEP直接揭示陆地生态系统与大气系统之间的二氧化碳交换 ,即碳平衡 ,因此 ,意义重大。文章简短回顾了关于中国陆地生态系统碳平衡的研究状况。由于植物根部呼吸很难从土壤表面总二氧化碳 (CO2 )通量中分开 ,因此直接从野外测量土壤异氧呼吸几乎是不可能的。虽然由于像诸如火灾、森林砍伐、土地利用变化及气候和大气变化等干扰因素 ,全球陆地生态系统很大程度上处于非平衡态 ,利用生态系统在平衡态时NPP等于Rh这一事实 ,我们估算了全球和中国森林生态系统的土壤异氧呼吸。利用遥感和地面的NPP观测数据 ,我们也估算了中国森林生态系统逐月的净生产力 (1982— 1998)。NPP的估算主要采用NOAA卫星AVHRR 8km的NDVI数据 ,结合地面气候数据完成。土壤呼吸是通过地面观测数据与温度和降水的关系得到的。在此基础上我们得到了中国陆地生态系统在过去近 2 0年中碳的动态变化 ,并给出了初步结果。 相似文献
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生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域，其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理，探索各种植被的生态水文作用过程。近年来，生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域，同时，生态水文学的研究十分注重尺度效应，把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所，开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究，是生态水文学研究最具活力的方向，其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型，并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。 相似文献
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陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的CO_2,深入了解陆地生态系统碳吸收强度的空间变异及其区域特征对于准确地预测和评估全球碳收支以及制定高效的区域性生态系统管理政策具有重要的指导性意义。本文以ChinaFLUX的长期联网观测数据为基础,整合了北半球区域已发表的涡度相关文献数据,对北半球区域碳交换通量,即总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(RE)和净生态系统生产力(NEP)的空间格局及其区域特征进行综合分析。我们获取了233个通量站点,732条站点年数据。观测站点分布于亚洲、欧洲和北美洲,纵跨纬度2.97°N到74.47°N,横跨经度148.88°W到161.34°E。气候类型涵盖了热带、亚热带、温带、北方林、极地与亚极地以及高山气候类型。生态系统类型包涵了森林(107个站点)、草地(65个站点)、农田(33个站点)和湿地(28个站点)四大生态系统。研究结果得出:北半球陆地生态系统GPP和RE呈现出显著的随着纬度升高而线性降低的趋势,纬度每升高1°N,GPP和RE在空间格局上约减少22.9g C/m~2/a,而NEP的纬向变化规律不明显。森林和农田生态系统的GPP和NEP显著高于草地和湿地生态系统。RE则在森林生态系统最高,平均约为1185±641g C/m~2/a,而在其余生态系统间无显著差异。在亚洲、欧洲和北美洲3个区域之间,森林、农田和湿地生态系统的GPP,RE和NEP均无显著差异。仅在草地生态系统中,欧洲草地生态系统的GPP和RE分别为1472±473g C/m~2/a和1236±452g C/m~2/a,显著高于亚洲和北美洲。GPP,RE和NEP呈现出从温暖性气候区向寒冷性气候区逐渐降低的趋势,同时受到水分状况的调节,表现出在相同的温度带里,相对湿润的气候区具有更高的NEP。这些结果表明北半球陆地生态系统碳交换通量存在着空间变异性,但没有显著的区域差异,然而在不同气候区和生态系统类型间差异显著,这意味着北半球陆地生态系统碳交换通量主要受到温度和水分环境条件以及人类活动的共同影响。 相似文献
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N. Stein Dr. 《GeoJournal》1982,6(2):157-164
A re-examination of the biosphere, in particular of the tropical rain forests, is necessary since there are some contradictions in our present knowledge about carbon fluxes and carbon storage in various reservoirs. Traditional land-use systems as well as modern exploitation methods in the tropical rain forest areas need not be necessarily of such a magnitude that the global carbon cycle would undergo a major upset or even a climatic catastrophe. This conclusion is primarily based on the high photosynthesis rates of the humid tropics and on the very important role of tropical river systems for carbon transport between terrestrial and aquatic ecosystems.After careful consideration of all known facts this paper comes to the conclusion that 2 × 1015 g/yr C are released to the atmosphere due to deforestation and burning in the tropical rain forest belt. The same amount is probably being fixed in the temperate forests and the northern ecosystems. A possible steady balance of all terrestrial ecosystems would, therefore, be the result of a particular historical constellation whereby a destruction of vegetation in the tropics would occur simultaneously to an increase of phytomass and also to a humus and peat accumulation in temperate and northern ecosystems. 相似文献
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全球变化压力下中国东部样带植被与农业生态系统格局的可能性变化 总被引：29，自引：0，他引：29
在中国东部南北样带NSTEC大量实验数据的基础上 ,对热量梯度驱动下自然植被生态系统连续带的生产力变化进行模拟 ,对反映植被组成结构特征的生活型谱的变化 ,以及在全球变化平均温度可能增加的情况下 ,农业生态系统的生产格局的变化进行分析。在这一样带中 ,从南到北地带性植被有北热带季节雨林、南亚热带季风常绿阔叶林、中亚热带常绿阔叶林、北亚热带常绿落叶混交林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔叶混交林和寒温带针叶林。模拟在温度增加 1℃的情况下生产力的变化 ;由南部的北热带季节雨林和南亚热带季风常绿阔叶林增加约 1%到温带针阔叶混交林和寒温带针叶林增加约 5 %～ 6 %,显示出生产力增加强度随纬度增大具一定相关关系。植被的物种结构变化比生产力变化缓慢得多。对样带的森林植被的生活型谱进行分析 ,表明其存在着 8种主要的生活谱结构类型。在平均温度增加的情况下 ,不同生活型谱结构的生态系统分布呈现向北扩展位移的趋势。在农业生态系统的格局中 ,在平均温度增加的情况下 ,南亚热带水稻三熟将不会季节太紧而有可能进行大面积三造生产。中亚热带双季稻连作一年三熟受低温影响减少。北亚热带一年二熟季节上有保证。暖温带许多地方能有二造收成。温带和寒温带的生产面积将有较大幅度的增加。总 相似文献
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中国生态系统研究网络水体pH和矿化度监测数据初步分析 总被引：3，自引：0，他引：3
介绍了中国生态系统研究网络(CERN)陆地生态系统水环境监测指标与频率。初步分析了CERN 31个典型陆地生态系统监测地表水和地下水、6个湖泊和海湾生态系统、1个城市生态系统地下水体pH、矿化度(电导率)状况。结果表明,我国森林生态系统pH和矿化度分布规律基本一致,为从西向东、从北向南逐渐降低的趋势,pH在鼎湖山自然保护区出现强酸性(4.15),其他台站为弱碱性、中性或弱酸性(6.01~8.26),森林生态系统矿化度均较低(33~322 mg/L)。我国农田、荒漠、湿地生态系统水体pH和矿化度分布规律为:华北与黄土农业区、西北绿洲农业与牧业区相对较高,东北农业区和青藏高原农牧区其次,南方农业区最低;除南方农业生态系统与北方三江湿地生态系统水体pH为弱酸性(6.27~6.82)外,其他监测水体均为中性和弱碱性,500 mg/L以上矿化度水体主要出现在西北部荒漠生态系统,黄河冲积平原农业生态系统。湖泊、海湾生态系统水体和北京城市生态系统地下水pH均为弱碱性,海湾水体pH季节波动不明显,湖泊水体和北京城市地下水pH和电导率呈明显季节波动,湖泊水体pH表现为夏秋季节较高,电导率表现为6~9月较低;北京城市地下水pH为... 相似文献
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Grasslands account for 40 % of the Chinese land area. About 80 % of the total grasslands are in the northern temperate zone. These grassland ecosystems provide goods and services to the local people and play an important role in the global carbon cycle. Remote sensing and ecosystem modeling approaches have been used to quantify the carbon budget of these grasslands. However, the intensive site measurements and meteorological data acquired in these ecosystems in the last few decades have not been adequately used to improve ecosystem model capabilities, in turn, better quantify their carbon budget. In this study an effort was made to examine the carbon budget and its spatial–temporal variation of the temperate grasslands in China from 1951 to 2007 using a process-based biogeochemistry model. It was found that the regional grasslands acted as a small carbon sink at 11.25 g C m?2 year?1 in the study area of 64.96 million hectares with a high inter-annual variability ranging from ?124 to 122.7 g C m?2 year?1 during the study period. As a result, the temperate grasslands sequestered about 410 Tg C in their vegetation and soils during the study period. The carbon sink occurred in typical steppe in central Inner Mongolia within the 300–400 mm rainfall zone and forest steppe in central and western China. By contrast, forest steppe in northeastern China mainly acted as a carbon source. Three major ecosystem types of forest steppe, typical steppe and desert steppe account for 54, 34, and 12 % of the total sink (7.3 Tg C year?1) during 1951–2007, respectively. Soil moisture and evapotranspiration had a dominant effect on carbon budget in the typical steppe and the forest steppe while both water conditions and nitrogen mineralization rate were the major factors in the desert steppe. At a decadal scale, the air temperature significantly increased by 0.4 °C and annual precipitation insignificantly decreased by 0.2 mm; the regional carbon sink increased by 2.2 Tg C per decade during the period 1951–2007. However, further sensitivity analysis suggests that the sink of temperate grasslands will be reduced if the climate gets warmer and drier during this century since the increasing net primary production does not keep up with the increase of heterotrophic respiration. 相似文献
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在2001年秋季对贵州省荔波县茂兰国家喀斯特森林公园林地、草地植被下土壤CO2呼吸释放及岩溶表层泉水HCO3及其δ13C值的变化进行了日动态的野外监测,表明岩溶系统中土-气-水界面间存在着碳交换的日动态变化以及所伴随的同位素交换的变化,这种变化与土温的日动态有密切的关系。林地植被显示了平抑这种日动态幅度的效应,而草地植被则显示响应于温度变化的较灵敏的动态变化。这种短尺度的变化构成了表层岩溶系统对外界条件的灵敏响应,进一步揭示了在生物作用下岩溶地质作用在碳循环过程及其同位素交换上的灵敏性和动态性。其不同植被系统下的日动态差异在解释岩溶沉积记录和讨论岩溶作用与碳循环时值得充分注意 相似文献
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本研究基于10′×10′空间分辨率运用GIS软件对中国植被分布地理配准数字化,提取获得196个优势植物的地理分布数据以及内插相关的气候因子,运用分位数函数计算获得各个植物地理分布的气候阈值; 在此基础上采用生物气候群组（BAGs）的分类方法,对196个优势植物气候因子数据进行聚类分析,同时结合中国植被的地理分布特征,最后划分出29个BAG组,包括13个乔木组(6个常绿阔叶和2个落叶阔叶群组,4个常绿针叶和1个落叶针叶群组)、10个灌木组(5个常绿灌木和5个落叶灌木群组)和6个草本组。本研究的BAGs划分是建立在较高空间分辨率和定量气候因子阈值的基础上,因此,通过计算获得BAGs气候阈值(包括每日温度变化幅度、地表霜冻频率、月均温度、月降雨量、相对湿度、日照时数和>5℃年积温等),运用生物圈碳循环CARAIB模型,模拟出中国19个生物群区的现代潜在分布。模拟结果较好地表达了中国植被类型的地理分布,尤其较详细地展示了热带、亚热带、温带和高原地区的不同植被类型地理分布格局,但由于东北地区、西部草原以及热带原生植被受人类活动严重干扰,使得模拟结果比该地区的原生植被地理分布的实际面积偏大。总体而言,本研究获得的29个生物气候群组对模拟现代生物群区分布提供了理想的分类依据,其气候阈值也是进行过去和未来生物群区模拟的重要参照数据。 相似文献
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Douglas W. Bell Susan Denham Erik M. Smith Claudia R. Benitez-Nelson 《Estuaries and Coasts》2018,41(8):2223-2239
Across the coastal zone, rates of carbon and nutrient exchange are defined by the spatiotemporal heterogeneity of individual estuarine systems. Elemental stoichiometry provides a mechanism for simplifying overlapping physical, chemical, and biological drivers into proxies that can be used to compare and monitor estuarine biogeochemistry. To this end, the seasonal and tidal variability of estuarine stoichiometry was examined over an annual cycle in North Inlet (NI), South Carolina. Surface samples for dissolved and particulate carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) were collected every 20 days (August 2014 to August 2015) over a semi-diurnal tidal cycle. Dissolved nutrient flux estimates of an individual tidal creek were also made. Overall, the results demonstrated the dominance of seasonal versus tidal forcing on water column C:N:P stoichiometry. This seasonal behavior mediated the relative exchange of N and P into and out of the tidal creek and influenced the nutrient status index (NSI) of NI plankton communities. These communities were largely N deficient with the magnitude of this deficiency impacted by assumptions of inorganic versus organic plankton P demand and nutrient supply. Persistent N deficiency appeared to help drive the net import of N, while temporary P surplus likely drives its seasonal export. Combined, these results indicate that material delivery must be considered on seasonal time frames, as net annual fluxes do not reflect the short-term deliveries of C and nutrients into nearshore ecosystems. 相似文献
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Seasonal variation of chlorophyll has been of considerable interest on account of the effect of photosynthesis on ocean-atmosphere
carbon exchange. It can be predicted by a dynamical system model of the marine ecosystem coupled with a physical oceanographic
model. There is however a major difficulty in the calibration of contemporary ecosystem models on account of sparse data and
a large number of model parameters. This paper reports a new approach of macrocalibration in which values of six parameters
are determined by examining in detail the seasonal variation of chlorophyll and primary productivity keeping in view the observations
of two Indian JGOFS cruises. Both switching and non-switching versions of grazing functions are used in a 7-component FDM
model. Detailed simulations are reported for one station (16°N, 65°E). They show the effects of dependence of grazing preference
on prey density on the behaviour of the ecosystem. The results of the simulation also provide a partial basis for developing
correlations of primary production with chlorophyll and sediment flux. 相似文献
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Mangrove forests are important sinks and sources of carbon especially for connections to coral reefs and seagrass beds. However, they are increasing under threat from anthropogenic influences. We investigated correlations between carbon fluxes from the sediment and water column in deforested and intact mangroves. Our findings show that deforestation has a negative effect on sediment organic carbon storage and CO2 fluxes. However, species richness and density showed a positive correlation with sediment organic carbon storage and CO2 fluxes. An increased density of saplings showed a positive relationship with dissolved inorganic and organic carbon draining the mangrove forest at high tide. This research offers insights into the importance of the key forest characteristics influencing the storage and fluxes of carbon. Alterations in mangrove carbon stocks and retention may affect connected ecosystems. 相似文献
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Bo G. Gustafsson 《Estuaries and Coasts》2000,23(2):253-266
A time-dependent model for stratification and circulation within the Baltic entrance area (Gustafsson 2000) is tested against observed salinities for the period 1961–1993. Although the Baltic Sea is one of the largest estuarine systems on earth, this model could be applicable to smaller estuarine systems and embayments with tidal exchange. The seasonal cycle of freshwater flux across the sill area does not follow the seasonal cycle of freshwater supply to the Baltic Sea. The seasonal variation of the flux is a combined effect of the seasonal variation in freshwater supply, in Baltic mean sea level, and in dispersion of salt across the sills. The seasonal variation in dispersion of salt is due to the seasonal cycle of sea level variability. The model is used to predict the inflow of high saline water to the Baltic Sea. The resulting inflow time-series is consistent with variations in the deep-water salinity and temperature in the deeper parts of the Baltic Sea. A comparison with previous estimates of the magnitude of major Baltic inflows shows that the model is able to reproduce the characteristics fairly well although the magnitude of the flows of water and salt appears lower than other estimates. It is shown that a climatic change that increases the wind mixing does not significantly change the major inflows. Both increased amplitudes of sea level variations in the Kattegat and decreased freshwater supply to the Baltic Sea substantially increase the magnitude of the inflows. It is shown that deep-water renewal in the Baltic Sea is obstructed during years with high freshwater supply even if the sea level forcing is favorable to a major inflow. 相似文献