富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法-以太湖为例

J．LakeSci．(湖泊科学)，2016，28(4):701-709DOI10.18307/2016.04022016byJournalofLakeSciences富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法———以太湖为例*李未，秦伯强，张运林，朱广伟(中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，南京210008)摘要:本文建立了一种富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法．选取表征藻源性湖泛的代表性指标叶绿素a和溶解氧浓度作为预测变量，以天气预报中的风场为驱动力，求解浅水湖泊三维水动力水质耦合数值模型，计算未来3d浅水湖泊叶绿素a和溶解氧浓度的时空分布，然后结合未来3d的气象因子信息建立经验公式，计算湖泛易发水域发生湖泛的概率，并进一步确定湖泛发生位置和面积．以太湖为例，采用构建的方法于20132014年夏、秋季对太湖7段湖泛易发水域的湖泛发生概率及发生面积进行未来3d的预测预报，预报正确率在80%以上．关键词:藻源性湖泛;数值模型;短期预报;浅水湖泊;太湖Numericalforecastingofshort-termalgae-inducedblackbloomineutrophicshallowlake:AcasestudyofLakeTaihuLIWei，QINBoqiang，ZHANGYunlin＆ZHUGuangwei(StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment，NanjingInstituteofGeographyandLimnology，ChineseAcademyofSciences，Nanjing210008，P．Ｒ．China)Abstract:Inthispaper，anattempttoforecastthealgae-inducedblackbloomineutrophicshallowlakewasdocumented．Takenchlorophyll-aconcentrationanddissolvedoxygenconcentrationastherepresentativevariables，athree-dimensional，coupledhydro-dynamic-waterqualitynumericalmodelwasbuilt．Bycombiningcalculationandpredictionofthehydrologicalandmeteorologicalscenariosovertheensuing3days，thedynamicdistributionsofalgaeconcentrationanddissolvedoxygenconcentrationscenariosinLakeTaihuweresimulated．BlackBloomprobabilitieswerethenpredictedbyaforecastempiricalmodelthatincludedtheweightofalgalbiomass，dissolvedoxygenconcentration，windvelocity，andweathercondition．Iftheprobabilitieswerelargerthan50%，theareaofblackbloomshouldbecalculated．Themodelwasappliedtopredicttheoccurrencesoftheblackbloomofthenext3daysinLakeTaihufromApriltoSeptemberin2013and2014．Independentevaluationsfromboatsurveydatashowedthattheaccuracyofthesebloomforecastswasmorethan80%．Keywords:Algae-inducedblackbloom;numericalmodel;short-termforecast;shallowlake;LakeTaihu近20年来，我国长江中下游地区浅水湖泊水环境问题日趋严重，在夏、秋季由湖水富营养化引发的蓝藻水华暴发时有发生，严重影响水质景观，甚至危及供水安全．由蓝藻水华引发的“湖泛”是指湖泊富营养化水体在藻类大量暴发、积聚和死亡后，在适宜的气象、水文条件下，与底泥中的有机物在缺氧和厌氧条件下产生生化反应，释放金属类和硫醚类等硫化物，形成褐黑色伴有恶臭的“黑水团”，从而导致水体水质迅速恶化，生态系统受到严重破坏的现象［1］．以太湖为例，1990s以来，太湖西部湖区、北部湖区曾多次发生湖泛［2］．20092014年春、夏季，每年发生的湖泛次数分