基于EM聚类分析模型的地中海生地化特征分析

论文摘要

地中海是全球大洋的缩影,生物地球化学特征呈现区域多样化,兼有藻华区,间歇性藻华区,寡营养沙漠区,研究地中海对于我们理解世界大洋的生态地理学特征具有重要意义。本文主要从以下三个方面对地中海的生地化特征进行了研:首先,利用卫星遥感数据和模型数据对地中海的整体生地化特征的时空分布进行了分析,包括地形,环流特征,表层温盐密的分布,营养盐分布(N,P,N:P),光照和混合层深度的分布。然后,利用多项式混合的EM聚类分析模型对地中海进行生态地理学上的分区并取出我们感兴趣的三个具有典型代表意义的区域:藻华区(Bloom,A1),间歇性藻华区(Intermediate Bloom,A2),寡营养区(Oligotrophic Desert,A3),对这三个区域的浮游植物生理学参数(Chla,浮游植物碳及两者之比Chl:C)从季节变化的角度进行了分析,并阐述了浮游植物光驯化过程对这些生理学参数的影响。Chla虽然是大多数研究采用的浮游植物生物量的表征,但我们发现浮游植物碳和Chla在夏季和秋季存在很明显的脱耦现象,我们认为造成这种现象的可能性原因是浮游植物的光驯化反应,在低营养盐高光照的条件下,浮游植物不需要合成过多“奢侈品”光捕获色素(包括Chla),节省了部分营养盐光照条件充足浮游植物的光合作用仍在进行,所有夏季Chla达到最小值,而浮游植物碳是在秋季才达到最小值,秋季因为光强减少,混合层虽然有加深,但营养盐还是受限,且需要消耗营养盐用于“奢侈品”Chla的合成。所以Chla增加了,浮游植物碳到达一年中的最小值。总体来看,浮游植物生理学参数是A1>A2>A3,Chla和Ch1:C的季节变化规律呈现春季>冬季>秋季>夏季,浮游植物碳呈现春季>冬季>夏季>秋季的季节变化特征。最后,利用小波分析方法从年际变化的角度分析了A1,A2,A3三个区域的浮游植物生理学参数(Chla,浮游植物碳及两者之比Chl:C)和环境影响因子的年际变化及其与气候因子厄尔尼诺南方涛动指数(ENSO)和北大西洋涛动之间的关系。整体上,A1,A2,A3的浮游植物生理学参数与ENSO,SST,光照强度呈现出明显的负相关,与混和层深度呈现正相关,值得注意的是,A1,A2区浮游植物生理学参数均和NAO呈现明显的负相关,而A3区是明显的正相关。趋势上,温度,光照强度在三个区均是增加的趋势,明显的在A3区浮游植物生理学参数呈现出减少的趋势。本论文主要有三个创新点:第一,我们首次使用EM多项式混合分析模型对地中海进行生态分区研究,以往在地中海的生态分区研究大都采用K均值聚类,但因为该算法在分析交叉数据时有缺陷,会产生很多误分的噪点。而且我们采用的分区模型,对于分区数目的选择是由统计学角度给出的极大似然概率决定,是客观且合理的。第二,以往生态分区采用的分类数据是Chla的气候态月变化曲线,虽然Chla一直是普遍采用的生物量表征,但是因为浮游植物光驯化过程的影响,叶绿素的变化并不一定是实际浮游植物生物量的变化。因此,我们采用了 Chla和浮游植物碳联合的归一化气候态数据对地中海进行了分区。第三,以往关于地中海生态分区的浮游植物生理学参数年际变化的分析没有涉及到环境因子对其的影响,我们采用交叉小波分析法分析了它们之间的相关关系。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张婕

导师: 王海黎

关键词: 地中海,聚类分析,光驯化反应

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 厦门大学

分类号: P593

总页数: 91

文件大小: 11147K

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标签：地中海论文;  聚类分析论文;  光驯化反应论文;