对流流模型中由海冰导致的表面光照调制与浮游植物存活

根据实验与数值数据，浮游生物动力学以复杂方式依赖于多种物理现象。特别是，野外实验研究强调了浮游植物存活与热对流引起的湍流上升流和下降流之间的关系。近期数值工作也表明在模拟模型中考虑持久结构的平流输运十分重要。在营养丰富的极地海洋环境中，浮游植物水华受到冰下光照可用性的关键限制。这种光照强度分布的非均匀性，连同大尺度相干流体流动，可引发非平凡的 growth 动力学。本工作中，我们扩展了先前关于浮游植物光限制垂直动力学在存在对流输运下的平流-反应-扩散模型。具体而言，我们通过使用具有不同生产机制的两个区域来考虑水平非均匀光照条件，以模拟障碍物下（障碍物间）光照的缺失（存在）。该模型旨在作为非均匀冰覆盖极地水域的理想化表示。通过数值模拟，我们发现平流输运的主要作用是阻碍浮游植物生长，但该效应取决于障碍物相对于上升流和下降流区域的位置。此外，我们表明由浮游植物有机体与水之间密度差引起的沉降速度虽小，却起着重要作用，其取决于它如何叠加于流动之上。这些结果表明，平流输运对极地环境中沉降浮游植物物种的存活条件具有关键影响。