شبيه سازی عددی تغييرات فصلی پلانكتون ها و مواد مغذی در شمال دريای عمان با استفاده از مدل جفت شده ROMS-NPZD

در اين تحقيق با استفاده از مدل سه بعدي ROMS، تغييرات فصلي پلانكتون ها در شمال درياي عمان بررسي شده است. مدل با استفاده از شرايط اوليه از داده هاي WOA5 با تفكيك پذيري افقي 25/0 درجه و گام زماني ٣٠٠ ثانيه به مدت يك سال انتخاب شده است. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره شبيه سازی عددی تغييرات فصلی پلانكتون ها و مواد مغذی در شمال دريای عمان با استفاده از مدل جفت شده ROMS-NPZD اکتشافات آب مطالعات ژئوفيزيک در آسیا ژئوفیزیک تماس بگیرید.

شبيه سازی عددی تغييرات فصلی پلانكتون ها و مواد مغذی در شمال دريای عمان با استفاده از مدل جفت شده ROMS-NPZD

داده هاي مختصاتي با درون يابي در راستاي قائم دما و شوري، روي تراز سيگما (سي لايه) محاسبه شد.

در اين بررسي به علت سازگاري بيشتر زيرمدل NPZD نسبت به ساير زيرمدل ها، مدل ROMSبا مدل NPZD جفت شده است. نتايج شبيه سازي نشان داد: (الف) تغيير دما از عوامل اصلي در فراواني ميزان فيتوپلانكتونها و زئوپلانكتونها است؛

(ب) پيچك هاي ساعتگرد و پادساعتگرد كه بيانگر به ترتيب پديده فرو و فراچاهي در درياي عمان و تنگه هرمز هستند،

باعث انتقال كلروفيل از مناطق جنوبي به شمالي ميشوند؛ (ج) مقدار كلروفيل در طول زمستان در مقايسه با تابستان بيشتر است كه علت اين مسئله ميتواند تغييرات ترموكلاين فصلي باشد.

مواد مغذي

عليرغم در دسترس بودن مواد مغذي، لايه ترموكلاين مانع شكوفايي ميشود؛ (د) بررسي تغييرات فيتوپلانكتون ها در يك دوره يك ساله، بيشترين مقدار آنها را اواخر اسفند و اوايل بهار نشان ميدهد.

فروردين ماه به علت افزايش جمعيت فيتوپلانكتون ها، اوج شكوفايي زئوپلانكتون ها است.

همچنين تمركز پلانكتون ها بيشتر به مواد مغذي وابسته است، به طوري كه در دسترس بودن مواد مغذي اغلب عاملي كليدي در رشد و سوخت وساز آنها است؛ (ه) مقدار كلروفيل در زمستان همبستگي مثبت  با دماي سطح آب نشان ميدهد،

درحاليكه در تابستان، همبستگي منفي است  و غلظت كلروفيل در زمستان و تابستان اختلاف معنيداري نشان ميدهد.

مقدار كلروفيل

 در زمستان و تابستان، مقدار كلروفيل با نيترات همبستگي مثبت نشان ميدهد كه به ترتيب مقدار آن  است و اختلاف معني داري را نشان ميدهد  (و) در بيشتر موارد، نتايج ماهواره اي دما و كلروفيل با مقادير اندازه گيري شده در مدل سازي عددي سازگاري مناسبي داشته است.

صحت سنجی مدل ROMS-NPZD

براي صحت سنجي مدل، نتايج توزيع دماي سطحي شبيه سازي شده در ماه اسفند با تصاوير ماهواره اي AVHRR سال ٢٠٠٨ (دي ١٣٨٧ ) مقايسه شده است.

به دليل وقوع كشند قرمز گسترده در سال ٢٠٠٨ در منطقه خليج فارس و درياي عمان، بررسي تغييرات هيدروديناميكي و زيست شناختي در اين تحقيق با سال ٢٠٠٨ مقايسه شده است.

خروجي دما و شوري

خروجي دما و شوري مدل با دما و شوري حاصل از تصاوير ماهواره اي مقايسه شد. نتايج خروجي مدل با تصاوير ماهواره اي همخواني پذيرفتني دارد.

براي تعيين وضعيت دماي سطحي درياي عمان، دماي نقاط شبكه با درنظرگرفتن طول و عرض جغرافيايي ثبت و خطوط هم دما با استفاده از نرم افزار ocean data view رسم شد.

دماي مدل

با استفاده از دماي مدل و دماي حاصل از ماهواره، براي به دست آوردن رابطه اي كه دماي آب را با استفاده از دماي حاصل از ماهواره برآورد كند،

تحليل رگرسيون انجام گرفته است. طبق نتايج تحليل رگرسيون، ضريب همبستگي مثبت نشان دهنده ارتباط مثبت بين متغيرهاي استفاده شده بوده است؛

در نتيجه، استفاده از تصاوير ماهواره اي براي محاسبه دماي سطحي از دقت خوبي برخوردار است.

پيچك ها

در شكل ٥ مشاهده ميشود حركت پيچك ها به سمت غرب خليج فارس است و تغييرات دمايي در عمان نسبت به خليج فارس كمتر است.

تغييرات دمايي در عمان ٢٣ تا ٢٥ و در خليج فارس ١٨ تا ٢١ درجه سانتيگراد است. مقايسه نتايج مدل (شكل ٥- الف)

با تصاوير ماهواره اي (شكل ٥- ب) بيانگر اين است كه الگوي دماي سطحي مدل هم خواني خوبي با تصاوير ماهوارهاي نشان ميدهد.

دماي سطحي

دماي سطحي در سمت غرب خليج فارس در مدل حدود 5/1 تا ٣ درجه اختلاف را نسبت به تصاوير ماهواره اي نشان ميدهد.

علت اين اختلاف ميتواند مربوط به نقش تلاطم سه بعدي عامل پخش پيچكي و واداشت هاي سطحي جوّ ي باشد يا به دليل تفكيك پذيري ضعيف در تصاوير ماهواره اي باشد كه صحت نتايج ماهوارهاي را تحت تأثير قرار ميدهد.

پخش پيچكي

پخش پيچكي در اثر اختلاط تلاطمي دما و شوري در ستون آب ايجاد ميشود.

با توجه به اينكه اختلاط افقي در منطقه باعث شكل گيري لايه هاي ترموهالايني در منطقه ميشود، تعيين درست ضرايب پخش پيچكي دما و شوري نقش مهمي در شبيه سازي پديده هاي دريايي دارد.

نوسانات در نيروي تنش باد

نوسانات در نيروي تنش باد باعث ايجاد جريان متغير در تنگه هرمز ميشود. اين تنش باعث ايجاد ناپايداري و توليد پيچك هاي سيكلوني ميشود.

رابطه مستقيمي بين تلاطم و ايجاد پيچك ها وجود دارد. داده هاي ماهواره اي روش مناسبي جهت اندازه گيري مشخصات فيزيكي و زيست شناختي براي مناطق بزرگ اقيانوس است،

ولي اينگونه داده ها محدود به توزيع سطحي هستند و اطلاعات دقيقي را درباره ساختارهاي عمودي اقيانوس فراهم نمي كنند. علاوه براين داده ها بايد زماني دريافت شوند كه هوا ابري نباشد.

شوري سطحي شبيه سازي شده

شوري سطحي شبيه سازي شده و مقادير ماهواره اي در دي ١٣٨٧ مقايسه شد. تغييرات شوري در عمان ٣٧ تا ٣٩ و در خليج فارس ٣٩ تا ٤٠ درجه سانتيگراد است.

با حركت از مركز خليج فارس به سمت تنگه هرمز، شوري به حدود psu 37 كاهش مي يابد.

شوري در شمال غرب خليج فارس

شوري در شمال غرب خليج فارس حدود psu 39 است كه به تدريج در نواحي مركزي و جنوبي افزايش مي يابد و در قسمت هاي جنوبي خليج فارس به بيشترين مقادير در حدود psu 44-43 ميرسد (شكل ٦).

نتايج مدل سازي عددي

نتايج مدل سازي عددي نشان ميدهد قسمت عمده جريانات ناشي از اختلاف چگالي، از مناطق شمالي خليج فارس شكل گرفته است و در امتداد محور اصلي خليج فارس به سمت مركز سرازير ميشود. نتايج مدل سازي عددي (شكل ٦- الف) با داده هاي ماهواره اي (شكل ٦- ب) همخواني به نسبت خوبي دارد.

نتايج مدل سازي عددي شبيه سازی عددی

نتايج مدل مواد مغذی سازي پراكندگي كلروفيل و شكل ٧- ب ميانگين شبيه سازی عددی تغييرات كلروفيل فصلي را با استفاده از ماهواره ماديس آكوا در سال ٢٠٠٨ نشان مي دهد.

تصاوير ماهواره اي اين دوره زماني، كشيدگي يك نوار متراكم كلروفيل را در طول سواحل شمالي و محدوده مركزي تنگه هرمز نشان مي دهد.

تصاوير ماهواره اي

با توجه به شرايط اقليمي و جريان هاي فصلي تنگه هرمز به نظر ميرسد با كاهش دما، شرايط رشد فيتوپلانكتون ها فراهم شده است. در درياي عمان نيز يك پيچك ميان مقياس باعث حركت توده كلروفيل از جنوب به شمال درياي عمان شده است.

نتايج مدل سازي، تراكم كلروفيل را در اواخر زمستان (اسفند) و اوايل بهار (فروردين) نشان ميدهد. در اواخر تابستان (شهريور) تراكم كلروفيل به كمترين مقدار خود ميرسد و اين روندكاهشي تا اواخر پاييز (آذر) ادامه دارد.

تصاوير ماهوارهاي تراكم فيتوپلانكتون ها

تصاوير ماهوارهاي مواد مغذی تراكم فيتوپلانكتون ها را در طول سواحل شمالي و محدوده مركزي تنگه هرمز نشان ميدهد.

در درياي مواد مغذی عمان شبيه سازی عددی نيز يك پيچك ميان مقياس باعث حركت فيتوپلانكتون ها از جنوب به سمت شمال درياي عمان شده است كه در نوار ساحلي مشاهده ميشود.

نتايج مدل سازي پراكندگي كلروفيل

نتايج مدل سازي پراكندگي كلروفيل، كه عامل پديده شكوفايي جلبكي است، با نتايج تصاوير ماهواره اي سازگاري به نسبت خوبي را در نواحي عمان و تنگه هرمز نشان مي دهد .

نتایج

تغييرات تراكم پلانكتون ها با دما

شكل ٨ تصاوير ژئوفیزیک مربوط به ميزان تراكم و پراكندگي پلانكتون ها را به صورت فصلي نشان ميدهد. همانطوركه ملاحظه ميشود،

بيشينه تراكم فيتوپلانكتون و زئوپلانكتون در سواحل شمالي درياي عمان در زمستان به ترتيب 3/2 و 8/4 ميلي مول بر مترمكعب است

كه با شروع فصل بهار مقدار آنها به 1/2 و 4 ميلي مول بر مترمكعب ميرسد و در تابستان مواد مغذی اکتشاف آب مقدار آنها مقدار كمينه 7/0 و 9/0 میلی مول بر مترمكعب ميرسد.

مقدار پلانكتون ها اکتشاف آب مواد مغذی

با شروع فصل پاييز اکتشاف آب مواد مغذی دوباره مقدار پلانكتون ها سير صعودي نشان ميدهد و بيشترين مقدار آنها به ٢ و ٤ ميلي مول بر مترمكعب ميرسد.

آنچه از تصاوير دريافت ميشود اين است كه بيشترين تراكم پلانكتون ها در ماه هاي سرد سال و كمترين آن در ماه هاي گرم سال اتفاق افتاده است.

با توجه به اينكه مدل سازي براي سال ٢٠٠٨ انجام شده است، نوع فيتوپلانكتوني كه طبق پژوهش هاي انجام شده در آن سال باعث شكوفايي جلبكي شده است، از خانواده دينوفلاگيت است شبيه سازی عددی كه در زمستان رشد ميكند.

اين نوع فيتوپلانكتون باعث افزايش اكسيژن در منطقه ميشود كه به دنبال آن، عمل فتوسنتز رخ ميدهد شبيه سازی عددی (حمزه اي و همكاران، 2012).

توزيع فصلي مواد مغذي، فيتوپلانكتون ها و زئوپلانكتون ها

شكل ٩ نحوه مطالعات ژئوفیزیک توزيع مواد مغذي، فيتوپلانكتون ها و زئوپلانكتون ها را در اوايل زمستان نشان ميدهد.

به نظر ميرسد تراكم مواد مغذی مطالعات ژئوفیزیک از شرق به غرب از طرف تنگه هرمز به طرف درياي عمان و از دريا به سمت ساحل افزايش مي يابد.

علت افزايش مواد مغذي در اواخر پاييز و اوايل زمستان تأثير مانسون تابستاني است كه موجب بارندگي هاي شديد و آوردن مواد مغذي از خشكي به دريا و به خصوص در مناطق ساحلي ميشود. شبيه سازی عددی

تراكم مواد مغذي شبيه سازی عددی

از طرفي، اکتشاف آب پس از مانسون تابستاني، جريان هاي فراچاهي به وجود مي آيند، مواد مغذي به سطح آورده ميشوند شبيه سازی عددی و مواد مغذي لايه هاي سطحي افزايش مييابد. رشد فيتوپلانكتون ها و زئوپلانكتون ها به مقدار مواد مغذي محل بستگي دارد.

تغييرات نيترات ها

شكل ١٠ تغييرات نيترات ها، فيتوپلانكتون ها و زئوپلانكتون ها را در يك دوره يك ساله نشان داده است. همانطوركه مشاهده ميشود،

بيشترين مقدار نيتريت ها حدود 08/0 و 09/0 ميلي مول بر مترمكعب در اواخر زمستان و اوايل بهار و كمترين آن حدود 02/0 میلی مول بر مترمكعب در اوايل تابستان به دست آمده است.

مقدار فيتوپلانكتون ها

همچنين بيشترين مقدار فيتوپلانكتون ها در اواخر اسفند و اوايل بهار 75/0 ميلي مول بر مترمكعب است.

در ارديبهشت تراكم آنها به 05/0 ميلي مول بر مترمكعب رسيده و اين كاهش ادامه يافته است و در مرداد ماه به كمترين مقدار ميرسد كه حدود 01/0 ميلي مول بر مترمكعب است.

بيشترين تعداد زئوپلانكتون ها اکتشاف آب در فروردين ماه است كه برابر 09/0 ميلي مول بر مترمكعب است.

تراكم زئوپلانكتون ها

تراكم زئوپلانكتون ها تا پايان ارديبهشت به 05/0 ميلي مول بر مترمكعب ميرسد و در پايان تابستان مقدار آنها به طور محسوسي كاهش مي يابد. احتمالاً به دليل وجود جريان فراچاهي كه در بهار شكل گرفته است،

تراكم نيترات ها بيشتر مطالعات ژئوفیزیک بوده و با افزايش نيترات ها، مقدار فيتوپلانكتون ها هم متناسب با آن افزايش پيدا كرده است.

تغييرات كلروفيل با عمق مطالعات ژئوفیزیک شبيه سازی عددی

شكل ١٢ شبيه سازی عددی تغييرات كلروفيل با عمق و در فصول مختلف در نيمه شمالي درياي عمان نشان مي دهد. مطالعات ژئوفیزیک اکتشاف آب همانطوركه ملاحظه ميشود، بيشترين مقدار در لايه هاي ٥ تا ١٠ متري است اکتشاف آب و با افزايش عمق، از غلظت آن كاسته ميشود و در عمق حدود ٨٠ متر، مقدار آن به صفر نزديك ميشود. شبيه سازی عددی

به نظر ميرسد كاهش دما و مقدار تابش نور خورشيد و مواد مغذي، تأثير مستقيمي در كاهش مقدار كلروفيل دارد.

به بيان ديگر، بيشترين پراكندگي آنها در لايه هايي است كه از نظر شرايط دمايي و نور خورشيد و مواد مغذي، بهترين شرايط زيستي را براي موجودات دريايي دارند.

تراكم فصلي نوترينت هاي سطحي اکتشاف آب

عوامل مهم در توليد مواد مغذي، اکتشاف آب ورودي رودخانه ها، فاضلاب هاي خانگي و صنعتي، لايه ترموكلاين و اثرهاي باد در فرايند فراچاهي هستند.

رشد فيتوپلانكتون ها به مقدار مواد مغذي در منطقه بستگي دارد. رودهاي متعددي از قبيل رودهاي مند، هليل رود، هنديجان، كارون، دجله و فرات به خليج فارس ميريزند. ميزان سالانه رواناب رودها به خليج فارس حدود ٤٦ سانتيمتر است (رينولدز، 1993).

به دليل وجود بادهاي مانسون فصلي و جابهجايي آب بين درياي عمان و خليج فارس و تشديد اين جابه جايي با رودخانه هايي مانند اروندرود و وجود جت هاي سريع در غرب خليج فارس، سيكلون ها و آنتيسيكلون هايي از نوع دائمي و فصلي در درياي عمان ايجاد ميشود (الجفيلي ، 1993).

مواد مغذی مطالعات ژئوفیزیک

اگر مواد مغذي كافي وجود داشته باشد، شكوفايي رخ ميدهد. در يك زمان يك يا چند گونه ميتواند شكوفا شود. فيتوپلانكتون ها براي رشد به گسترهاي از عناصر شيميايي نياز دارند.

دو عنصر نيتروژن و فسفر مطالعات ژئوفیزیک بسيار مهم هستند و كاهش آنها باعث كاهش تراكم فيتوپلانكتون ها در آب ميشود.

براي بررسي ارتباط بين تراكم مواد مغذي(نيترات، نيتريت، فسفات و سيليكات) و تغيير فصل در مناطق مورد مطالعه  نمودار تغييرات تراكم مواد مغذي به صورت ساليانه (سال ١٣٨٧)

جهت کسب اطلاعات بیشتر با آسیا ژئوفیزیک و ژئوتکنیکی تماس بگیرید.

اینستاگرام آسیا ژئوفیزیک