大尺度平流与小尺度湍流扩散对浮游植物垂直动力学的影响

湍流已被认为是下沉浮游植物物种生存或灭绝的关键因素。然而，在流体与生物动力学耦合模型中处理其多尺度性质是一项艰巨挑战。由相干结构（如冬季对流和Langmuir环流相关者）引起的平流也被认为在浮游植物的生存与定位中起作用。本工作中，我们重新审视一个在理论上引人注目的浮游植物垂直动力学模型，并数值研究大尺度流体运动如何影响生物种群的生存条件和空间分布。为此，并采用真实参数值，我们采用运动学流场以考虑湍流运动的不同空间和时间尺度。种群密度动力学由具有正比于日照可用性的空间异质生长项的平流-反应-扩散模型描述。我们通过逐步增加流场在空间和时间尺度上的复杂性来探究流体输运的作用。我们发现，由于大尺度环流，浮游植物在下沉区积聚且生长受抑，证实了先前在略不同条件下的指示。我们随后用浮游植物细丝模型解释了所观察到的现象。此外，通过对比不同流场情形下的结果，我们表明大尺度相干结构具有压倒性的重要性。事实上，我们发现更小尺度的运动仅极弱地影响动力学，并未改变所识别的总体机制。此类结果对真实海洋流条件下浮游植物生命周期数值模型中的参数化具有参考意义。