Forscher konstruieren hochauflösendes physikalisch-biogeochemisches Modell im Indopazifik

Die indopazifische Region ist eine Konvergenzzone mit der größten Biodiversität im globalen Ozean. Frühere Modelle waren jedoch nicht verfeinert genug, um die komplexe Topographie der Hauptstraßen aufzulösen.

Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Yin Baoshu vom Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IOCAS) ein hochauflösendes physikalisch-biogeochemisches Modell erstellt, das die gesamte indo-pazifische Region abdeckt. Das physikalische Modell kann ozeandynamische Prozesse auf mehreren Skalen charakterisieren und saisonale Schwankungen des Transports an Hauptstraßen reproduzieren.

Die Studie wurde veröffentlicht in Journal of Geophysical Research: Ozeane am 29. Okt.

In einem Ökosystemmodell bestehen große Unsicherheiten, da die Funktionsformen, die biologische Prozesse beschreiben, empirisch durch Beobachtung bestimmt werden. Die Genauigkeit der biogeochemischen Dynamik in der numerischen Modellierung hängt weitgehend von der Einstellung biologischer Parameter ab, die in verschiedenen Regionen spezifisch abgestimmt werden müssen. Im Allgemeinen müssen Dutzende von Empfindlichkeitsexperimenten durchgeführt werden, um nur einen biologischen Parameter zu optimieren.

Ein physikalisch-biogeochemisches Modell besteht oft aus mehreren Schlüsselparametern mit hoher Empfindlichkeit; daher sind theoretisch 10.000 oder mehr numerische Experimente erforderlich, um einen Satz optimaler biologischer Parameter zu erreichen. Offensichtlich sind die entsprechenden Rechenressourcen für den Betrieb eines dreidimensionalen und hochauflösenden physikalisch-biogeochemischen Modells unerschwinglich.

Daher wandten die Forscher die Methode der bedingten nichtlinearen optimalen Störung (CNOP) in einem realistischen physikalisch-biogeochemischen Modelllauf an, der die Parameter in bemerkenswert weniger Experimenten optimierte.

Basierend auf den verbesserten Modellergebnissen untersuchten sie die physikalischen Mechanismen, die die jahreszeitlichen Schwankungen der Oberflächenchlorophylle in der Region der Straße von Lombok steuern. Die Mischschichttiefe variierte erheblich und die Ozeandynamik war in und unter der Mischschicht heterogen, sodass die Ergebnisse aus dem Mischschicht- und Festtiefenbudget unterschiedlich waren und kombiniert werden sollten, um den dahinter stehenden physikalischen Mechanismus zu diskutieren.

Unter dem gemeinsamen Einfluss von äquatorialen Kelvin-Wellen und lokalem Windantrieb veränderte sich die Küstenströmung und beeinflusste den Nährstofftransport halbjährlich. In der Mischschicht wurde das nährstoffreiche Wasser hauptsächlich durch den Offshore-Ekman-Transport und nicht durch direkten lokalen Auftrieb gebildet.

„Diese Studie ist die erste hochauflösende biogeochemische Simulation, die durch die CNOP-Methode optimiert wurde“, sagte Dr. Gao Guandong, Erstautor der Studie.

„Unsere Forschung hat die physikalischen Mechanismen der hohen Primärproduktivität in der Region der Straße von Lombok enträtselt. Sie hat das Modell und die theoretische Grundlage für das Verständnis der großen Biodiversität in der indo-pazifischen Region gelegt“, sagte Prof. Yang Dezhou, korrespondierender Autor der Studie.