厦门湾位于我国东南沿海,是福建省对外开放的重要口岸。然而随着经济的高速发展和工业化进程的不断推进,入海排污增加、围海造地、过度开发等引起了厦门湾生态系统服务功能急剧恶化,这其中的根本原因是我们对近海海洋生态系统缺乏全面和深入的认识。深入了解厦门湾海洋生态系统中生态变量的变化规律对于生态环境的保护具有重要的指导意义,能够为改善厦门湾生态环境质量提供理论支撑。本文将三维水动力模型与NPZD生态模型进行耦合,建立了厦门湾三维生态动力学模型。通过模型模拟厦门湾各生态变量的季节变化规律,分析物理生态过程对营养盐、化学需氧量变化的影响,研究厦门湾营养盐和化学需氧量的收支情况,最后利用神经网络技术构建生态变量的预测模型。首先,本文构建了厦门湾三维水动力模型,对厦门湾春夏秋冬四个季节的水动力环境进行模拟,结果表明:厦门湾海域半日潮占主导地位;盐度分布近岸低、外海高,受九龙江径流和潮汐的共同作用;夏季平均温度最高,春秋季节次之,冬季最小。在此基础上,构建厦门湾NPZD模型,计算结果表明:各生态变量的整体分布趋势为从湾内向湾外、由表层向底层递减。厦门湾的各生态变量都有明显的季节变化,浮游植物生物量夏、冬季最高,秋、春季较低;化学需氧量的季节变化与浮游植物一致;浮游动物生物量与温度的季节变化一致,即夏季最高,春、秋季次之,冬季最小;无机磷浓度秋、夏季较高,春季较低,冬季最低;无机氮受九龙江径流影响较大,河口区域及其周边海域的无机氮浓度大小与径流量成正比,即春、夏季较高,秋、冬季较低,其他海域与浮游植物生物量成反比,即春、秋季高,夏、冬季低;颗粒有机碳河口区域浓度与径流量成正比,即春、夏季较高,秋、冬季较低,其他海域与浮游植物生物量一致,即夏、冬高,春、秋低;溶解有机碳春、夏季较高,秋、冬季较低。生态变量的周日变化受到潮汐影响明显,一天之中有两次高值和两次低值,且变化幅度与潮差呈现正相关,平流过程的影响要比扩散过程的影响大一个量级,比生态过程大两个量级。在物理过程和生态过程的共同作用下,厦门湾无机磷、无机氮和化学需氧量每天增加0.56t、2.64t和4.7t。最后将神经网络与生态模型输出的数据结合构建生态变量的预测模型,结果表明:预测模型能够很好地学习输入变量与输出变量之间的关系,其中BP-LM网络性能表现最好,CNN和改进BP算法的网络性能相当。