河口是近岸海域情况最复杂,受海陆作用影响最强烈的区域,也是受人类活动影响大,与近岸海域环境变化最相关的区域。在过去的几十年中,人类在长江流域特别是长江中上游修建了大量的水利工程,对长江年平均输沙量产生一定影响;肥料的大量使用以及未经处理的污水、废水的排放使得长江入海营养盐通量大大增加,长江口及其附近海域生态系统也产生了相应的变化。目前长江入海物质通量的变化对长江口生态系统影响的定量研究仍较少,特别是中长时间尺度下长江口生态系统对环境变化响应的研究较为缺乏,本文通过数值模拟的方法量化长江口营养盐和浮游植物的年际及年代际变化,并研究导致所观察到的生物地球化学变化的潜在机制。本文进行数值模拟实验所使用的模型为物理-生物地球化学耦合模型FVCOM-FABM-ERSEM。首先运用该模型构建了简单一维模型,以验证模型的物理和生物地球化学过程耦合的正确性,进而构建东中国海陆架尺度模型为长江口三维模型的构建奠定基础,最终构建了长江口三维模型,将观测数据与模型结果相结合,研究了长江口温度、盐度、营养盐和Chl-a等主要物理和生物地球化学变量,并量化了长江入海物质通量改变对长江口生态系统中长期的影响。主要研究结论包括:1.使用长江口公共航次数据和卫星遥感数据对长江口模型进行验证,验证结果良好,证明模型可以较好的刻画长江口区域的温度、盐度、硝酸盐、磷酸盐、Chl-a等的物理和生物地球化学过程,也可以正确反映盐度锋、泥沙锋、营养盐锋和Chl-a锋之间相伴产生和相互作用的关系。模型的底栖模块模拟与实际生态系统相符,在模型中考虑近底过程可以使模型模拟结果更加准确。2.长江口及其附近海域生态系统会对河流入海通量的变化产生快速的响应。生态系统中的营养盐变化特征与长江入海通量的变化特征相似,长江是近岸区域营养盐的主要来源。长江口硝酸盐主要来自长江径流,硝酸盐的分布是一个逐渐稀释的过程,磷酸盐的分布与浮游植物的消耗和垂向混合关系密切,泥沙的分布对溶解态营养盐的空间分布影响不大。浮游植物Chl-a的空间分布与沉积物锋面分布关系密切,浙江沿岸的浮游植物藻华比江苏和上海沿岸的爆发持续时间更长,生物量更大。随着营养盐比例的改变,非硅藻种在浮游植物中的占比增加。3.由于近60年来人类活动对长江的强烈影响,长江口及其附近海域的生态系统发生了较大的变化。硝酸盐和磷酸盐浓度增加,增加量可以达到原始值的4倍,硅酸盐浓度没有明显增加或下降的趋势,营养盐结构改变,近岸区域N/P比值增加,由Redfield比值的1.25倍增长为3.125倍,Si/N和Si/P都呈现下降趋势,Si/N近年来更加接近Redfield比值,而Si/P仍远大于Redfield比值。营养盐浓度增加使得藻华爆发更加频繁,营养盐比例的变化是造成长江口及其附近海域浮游植物群落结构改变的主要因素,从20世纪90年代中期开始,浮游植物优势种出现由硅藻种向非硅藻种转变的趋势。