1949年，美国学者G.A.赖利^[注]等人通过建立数学模型描述北海浮游生物的季节变化，是数学模型在海洋生态系统研究中的首次应用。但是，真正在生态系统水平上进行模拟的研究工作是20世纪80年代初以后逐渐开展起来的。1995年全球海洋生态系统动力学研究计划（GLOBEC）被纳入国际地圈-生物圈计划（IGBP）的核心计划，海洋生态系统模型研究成为海洋科学跨学科研究的国际前沿领域。此后，以生态模型为技术手段的海洋生态系统和生物地球化学研究已较为普遍，对于阐明海洋生态系统的结构和功能及其对全球变化的响应具有重要意义。

根据研究对象不同，海洋生态系统模型可分为收支模型、过程模型以及系统模型。根据模型空间结构不同，海洋生态系统模型可分为箱式模型、一维模型、二维模型及三维模型。

针对一个生态系统中某个特定变量（如水、沉积物、碳等）在一定的空间和时间范围内，进行物质平衡的计算。例如，根据生态系统研究的需要，将渤海这一区域划分为若干个次级区域，计算一年中海水在这些次级区域的输运，即是“水”收支模型。收支模型是进一步建立系统模型的基础。

一般针对特定的生物过程（如摄食、种群竞争等），描述生物个体的生理参数与生物功能之间的关系（如摄食率与饵料浓度的关系，代谢率与温度的关系等），并以线性或非线性回归方程表示。能够较好地反映数据的统计特征，但难以刻画生物过程的动力学规律。过程模型也是建立生态系统模型的基础。

亦称生态系统模型。针对整个系统，在一定时空尺度内所建立的模型，着眼于模拟整个生态系统的行为。系统模型往往包含物理、化学、生物等多种变量，或着眼于刻画海洋生态系统中的物质循环和能量流动。系统模型有的重在模拟大洋或局地海洋生态系统内的物质循环、能量传递及稳态调节机制；有的重在模拟生态系统中物理和生物要素之间的相互关系。系统模型已经成为海洋生态动力学模型的主流，包括：将斜压水动力学模型（Princeton Ocean Model, POM模型）与生物-化学模型耦合的挪威生态系统模型（Norwegian Ecological Model system, NORWECOM模型），将一维水柱生态模型与三维斜压水动力学模型（Hamburg Shelf Ocean Model, HAMSOM模型，亦称汉堡陆架环流模型）耦合的生态动力学模型（Ecological North Sea Model Hamburg, ECOHAM模型），将物理模型-生物模型-沉积物模型-污染物输运模型耦合的区域陆架海洋水动力生态耦合模型（Coupled Hydrodynamical Ecological Model for REgioNal Shelf Seas, COHERENS模型）。又如，欧洲区域海洋生态系统模型（European Regional Sea Ecosystem Model, ERSEM模型），将非结构网格海洋环流与生态模型（FVCOM模型）与营养盐-浮游植物-浮游动物-碎屑模型（NPZD模型）耦合的FVCOM-NPZD模型，以及将区域海洋模型（Regional Ocean Modeling System, ROMS模型）与一维碳-硅-氮生态系统模型（Carbon, Silicon, Nitrogen Ecosystem, CoSiNE模型）耦合的ROMS-CoSiNE模型等。

把所研究的区域按照一定的水文及生态特性，在空间上划分为一个或多个子空间，构成所谓的箱子。在箱子内部所有生态变量是均匀的，箱子之间及箱子与外界通过物质交换量来连接，以此方式建立起来的模型就是箱式模型。如ERSEM模型就是典型的箱式模型。箱式模型的优点是简便易行，缺点是无法研究其动力机制，且一般空间分辨率缺失或较低。一般适用于半封闭海湾或局域海洋水体等。

一般指对于海洋生态系统某个特定点的垂向建立模式，进行生态特征的模拟。G.A.赖利等人建立的数学模型就是一维模型。一维模型可展示生态系统的垂向结构随时间的演变，它也是建立三维模式的基础。这一方法特别适用于水平方向变量变化不甚明显的区域或大洋生态系统。

通常指在水平二维空间内所建立的模型。海洋生态系统通常有显著的水平变化特征，如浮游植物的斑块分布。研究营养盐（N）、浮游植物（P）、浮游动物（Z）相互关系的NPZ模型就是最简单的二维模型。

生态系统建模的高级阶段，可以模拟生态系统参数在三维空间的分布特征。由于三维模型建立所需基础数据和过程较多，一般比较复杂，因此三维模型仍处在发展阶段。从建模的过程来看，需先建立概念模式，确立需要解决的问题，然后才能开始构建定量模式，模拟的结果还需实测数据的验证等。此外，通常还需对模型参数进行敏感性实验。前述NORWECOM、ECOHAM、COHERENS、FVCOM-NPZD以及ROMS-CoSiNE模型都是将物理模型和生态系统模型耦合的三维数值模型。