北太平洋柔鱼渔场时空分布与海洋环境要素的研究

唐峰华,靳少非,张胜茂,崔雪森,伍玉梅,刘 健,黄洪亮*

(1.中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海200090；2.中国科学院大气物理研究所,北京100029；3.中国科学院大学,北京100049)

北太平洋柔鱼渔场时空分布与海洋环境要素的研究

唐峰华1,靳少非2,3,张胜茂1,崔雪森1,伍玉梅1,刘 健1,黄洪亮1*

(1.中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海200090；2.中国科学院大气物理研究所,北京100029；3.中国科学院大学,北京100049)

根据2010 年7～9月和2011年7～10月“舟渔1301#”2个航次的北太平洋柔鱼渔场海上调查资料,利用渔获生产数据､海况天气数据以及同期的卫星遥感获取的海表面温度(SST) ､海表盐度(SSS)及叶绿素a (Chl-a)浓度和海流等数据,分析柔鱼的中心渔场分布与海洋环境的变动关系.研究结果显示:整个调查期间渔获频次在SST和Chl-a因子上均呈正态分布,渔场高产的最适SST范围为18～20℃, 最适SSS范围为33.60‰～34.80‰, 最适Chl-a浓度范围为0.08～0.24mg/m3,其中SST与柔鱼渔场之间有较好的匹配关系,中心渔场通常位于18～20℃的等温线附近,且位置一般出现在冷水团和暖水团交汇区的冷水团一侧;中心渔场位于亲潮和黑潮交汇混合区的向北一侧,离交汇地带的距离较近,而且随着时间的推移,渔汛期间中心渔场的位置逐步往其向西北方向移动.总体上多个环境因子皆可作为确定潜在中心渔场的指标,但以海表水温为最佳,另外辅助寒､暖流的交汇情况以及Chl-a浓度､天气海况等因素来综合分析,判断渔场的中心位置会更准确.

柔鱼；北太平洋；海表温度；海表盐度；叶绿素a浓度

巴特柔鱼(Ommastrephes bartrami,俗称柔鱼)是北太平洋的一种主要经济头足类[1],分布范围广阔,其中心渔场分布于北太平洋海域的黑潮与亲潮交汇混合区以及混合水向东延伸的亚极海洋锋面混合区范围内[2-4].1993年起因公海大型流刺网被全面禁止,作业方式只剩下钓捕作业.我国于1994年对北太平洋海域的柔鱼资源进行了大规模的商业性开发利用,是目前捕捞柔鱼最主要的国家,年产量基本维持在10万t左右.

当前,北太平洋柔鱼鱿钓业已成为我国远洋渔业的重要组成部分.在开发利用北太平洋柔鱼资源的同时,虽然国内学者对柔鱼渔场环境及生物学特征也进行过一系列跟踪的基础调查,并取得了不少的研究成果[5-8],但因中国的鱿钓业起步较晚,许多渔捞技术问题尚未解决,特别是对北太平洋柔鱼与渔场海域海洋生物环境之间关系的系统性调查研究报道较少,主要集中在海表温度､叶绿素 a､浮游动植物分布等[9-11],而随着时间的推移和捕捞强度的变化,柔鱼资源及其生境因海洋环境的波动而变化.每年的7～10月是整个北太平洋公海柔鱼鱿钓作业的盛渔期,也是整个渔汛期最高产量的时期[12],所以本研究利用2010年7～9月和2011年7～10月2个航次的调查资料,对北太平洋柔鱼渔场的环境特征及其与中心渔场的变动关系进行探讨,旨为掌握总结出北太平洋柔鱼渔汛的规律､渔场的发生机理,为提高渔场渔情的速预报精度提供参考和基础依据.

1 材料与方法

1.1 调查要素

调查船为“舟渔1301”号,全长48.90m,型宽8.40m,型深5.70m,吃水3.40m,定员28人,主机功率1320kW,额定船速12 节(Kn),发电机87×3kW,速冻能力12.96t/d.调查时间为2010年7～9月与2011 年 7～10 月.调查范围为北太平洋152°00E～162°00E､38°00N～45°00N 海域.详细情况见图1,为2个航次具体的调查站位图.

图1 北太平洋柔鱼渔场调查站位分布Fig.1 Sampling stations of neon flying squid fishing grounds in the North Pacific Ocean

1.2 环境要素与生产数据的采集

海洋环境要素的数据采集依照《海洋监测规范》(GB17378.1～7～1998)[13]的规定进行,海水表面温度､海水表层盐度当船采用 CTD(Seabird-911)进行记录;叶绿素 a现场过滤5L海水至0.45μm混合纤维素滤膜,-20℃冷冻保存,实验室内采用分光光度法测定.生产数据记录当天的渔获量,及对应的日期､经纬度等.

1.3 数据处理方法

(1) 利用软件ArcGIS9.3绘制各月份作业渔场渔获产量分布图,并与调查的海表温度、海表盐度、叶绿素a浓度以及同期遥感信息技术获取的海流数据与渔获生产数据进行空间叠加.

(2) 渔获产量的分布实际上代表了渔业资源量的空间分布和变化,渔业上常常采用渔场资源重心描述渔场空间位置的变动[14],对生产统计资料进行数据标准化处理,按下式计算月产量重心和单位捕捞努力量(Catch Per Unit Effort,CPUE)(t/d).

式中:X、Y分别为产量重心的经､纬度;CPUE为单位捕捞努力量;C为第i天的产量;Xi为第i天中心点的经度,Yi为第i天中心点的纬度,n为总天数.

(3) 利用非参数统计K-S(Kolmogorov-Smirnov)检验方法[15],对各环境因子进行显著性检验.

式中:n为样本个数;t为分组环境因子数值(SST､SSS､Chl-a浓度)值;χi为第i月环境因子观察值;yi为第i月的CPUE;若χi≤t时,l(χi)值为1,否则l(χi)值为0.

2 结果与分析

2.1 调查概况

2010～2011年两个航次调查期间渔获量高低分布概况较分明(图2和表1),两年基本呈现相同的分布,其中7月以后水温有所上升,但是较往年产量还是偏低,直到8月中下旬,作业渔场渔汛爆发,渔场中心集中在154°～157°E､42°～44°N,而10月(2011年)则集中在158°～160°E､38°～40°N的小范围内,其中盛渔期(8､9月)平均日产量维持2t/d以上.

图2 调查期间渔获量分布(t/d)Fig.2 Distribution of fish catches during the survey period (t/d)

表1 北太平洋公海渔场调查的概况Table1 Summary of investigation of fishing ground in Northern Pacific high seas

2.2 海表温度的分布

2010年调查期间7～9月的海表温度是逐月升高的,但平均温度都在19℃以上,9月平均温度最高达到19.33℃,在整个调查区域呈现上下两端低温中间高温的现象.2011年发现作业捕捞的渔获产量集中的 SST为16～22℃,7～10月海表温度是先升高后降低,也是渔场中部出现高温想象,与2010年不同的是最高温度为8月,平均温度达20.31℃,具体分布情况见图3.

2.3 海表盐度的分布

2010年调查期间各月份渔场海域的海表盐度变化并不明显,7月西部海区 SSS范围为34.1‰～35.2‰,8月SSS范围为33.1‰～35.3‰,9月SSS范围为33.1‰～35.3‰.2011年调查期间发现作业捕捞95%以上的渔获产量集中在盐度33.5‰～35.4‰的范围内.其中单日最高的产量10t那天对应测得的海表盐度为34.2‰,整个中心渔场的海表盐度比2010年同期变化较大.下图为2个航次调查期间海表盐度的分布情况.

图3 调查期间海表温度的水平分布(℃)Fig.3 Distribution of SST during the survey period (℃)

图4 调查期间海表盐度的水平分布(‰)Fig.4 Distribution of SSS during the survey period (‰)

2.4 叶绿素a浓度的分布

2010年调查海域7～9月Chl-a浓度范围为0.0328～0.3591mg/m3,整个调查期间最高值区间在154°E､40°N附近海域,出现一块高浓度区域.2011年调查海域发现作业捕捞85%以上的渔获产量集中在CHL-a浓度0.08～0.20mg/m3的范围内,其中单日最高的产量10t那天对应测得的CHL-a浓度为0.1861mg/m3,总体上Chl-a浓度呈现调查海域内西部明显低于东部;两头高于中间的状况,具体分布见图5.

图5 调查期间Chl-a浓度的水平分布(mg/m3)Fig.5 Distribution of Chl-a concentration during the survey period (mg/m3)

2.5 海流对渔场的影响

图6为2010和2011年调查期间平均海流分布与渔获产量的叠加,2个航次大体相同,一般在调查上阶段(7～8月)年渔场中心集中在38～40°N,而到了调查后半阶段(9～10月)集中在42～44°N ,经度位置基本没变化,都在152～160°N ;相比之下,2011年的分布更有层次化,南北中心渔场分界明显,结合图中海流小箭头的方向和长度分布,说明本年度黑潮与亲潮交汇更剧烈,中心渔场位于亲潮和黑潮交汇混合区的向北一侧,离交汇地带的距离较近,而且随着时间的推移,中心渔场的位置逐步往其向西北方向移动.

图6 调查期间平均海流和渔获量的叠加分布Fig.6 Stack distribution of average sea current and fish catch during the survey period

2.6 渔场天气与海况

通过对各调查月份渔获产量和天气与海况的记录数据的统计分析,初步得到海况因子与对应渔获产量百分比及各权重比(权重比表示为产量比重/天气状况百分比)的值(图7).可以看出,在阴雾天和小风浪的情况下,渔获产量比重最高,分别达到了47.89%和48.95%.其中阴雾天的海况下,渔获权重比最高,为1.28;另外小风浪状况下渔获权重也达到了1.22;雨天和大风浪情况下,渔获权重比接近1.

图7 天气状况及对应渔获量的百分比Fig.7 The weather conditions and the percentage of their corresponding catches

3 讨论

3.1 中心渔场的时空变化

图8 调查期间柔鱼渔场产量重心的时空变化Fig.8 Spatio-temporal change of central fishing ground of neon flying squid during the survey

2010年7～9月西部海区传统渔场的中心渔场集中在150°00～157°00E､38°00～45°00N海域,结合图8可以看出整个调查期间中心渔场重心逐月跟随海表等温线往高纬度偏移,同时呈现稍向西方向偏移的趋势.2011年调查期间中心渔场幅度拉锯较大,7月份分接近160°E,偏东部海域,8～10月逐渐往西北方向移动,中心位置呈上升的梯度状态,产量也明显呈上升状态,165°以西海域暖寒流交汇激烈,海表水温较高,较浅水层就存在着温跃层,因此柔鱼在垂直方向分布范围小,集群和密度大,这与陈新军有关的研究报道相一致[16],显然152°00E～160°00E､38°00N～45°00N海域是典型的柔鱼传统渔场.整体上,两年的渔场重心变化趋势基本相似.

3.2 渔获频次与环境因子的关系

图9 渔获频次与海表温度､海表盐度､叶绿素a浓度的分布关系Fig.9 Distribution relationships between fish production frequency and SST, SSS, Chl-a concentration

通过渔获产量频次与各环境因子之间的直方分布分析,获得渔获量与SST､SSS及Chl-a浓度分布都呈现正态分布趋势,高频次渔获产量的最适 SST范围为18～20℃,最适 SSS的范围为33.60～34.80‰,最适 Chl-a浓度范围为0.0800～0.2400mg/m3.上述研究结果结合 K-S方法检验,表明各中心渔场对应以上最适环境因子范围是可以被接受的.这与古津明彦[17]、樊伟[18]、陈新军[19-20]等的相关研究结果比较接近,但调查期间2011年SST比2010年略有升高.

用SPSS软件对各环境要素对渔获量进行了K-S检验,统计量D值见表2,并以α=0.10做显著性检验.检验结果表明,在显著水平α=0.10的水平下,各因子D < P(α/2),假设检验条件F(t)=G(t)对各个因子均成立,没有显著性差异,可以认为渔汛期间作业渔场的海表温度､海表盐度､叶绿素a浓度的范围是比较合适的.

表2 K-S检验结果Table2 Result of K-S test

3.3 环境因子的影响效应

研究发现渔场重心随着时间推移往高纬度偏移,且向西北方位偏移的趋势,初步分析是因为渔场位于北太平洋的海洋锋区,水温沿经度方向的梯度大于沿纬度方向的梯度,锋区内等温线分布密集,但是随着季度变化冷､暖水团的消长,等温线偏离纬度线,进而形成冷暖水舌[11].结合图3与图6,渔场的水温变化与黑潮亲潮的此消彼长有一定关系,北太平洋柔鱼渔场主要形成在冷水舌的前端,显示中心渔场在海表温度指标为18℃等温线附近.西部海区传统渔场位于黑潮第二､第三分支与亲潮分支的交汇区,黑潮与亲潮势力的强弱变化将直接影响鱿钓生产[21].有关研究表明[22]:黑潮暖流和亲潮寒流的强弱变化,使得不同年份同一海区的表层水温差异显著,而且升降温的缓急程度也不同,从而影响了渔期的爆发时间和长短,加上柔鱼本身是一种暖水性的种类,其资源状况与渔场汇集均受黑潮势力的强弱及与亲潮交汇的此消彼长情况而影响,所以导致上述渔场重心每年各月份都是有所变化的.

通过整个调查海区Ch-a浓度水平分布的分析,Chl-a浓度范围为0.0328～0.3591mg/m3.从图5上看2010和2011年渔场Chl-a含量水平梯度都比较大,与对应海表温度存在着一定的正相关关系,即一定范围内海表温度越高,叶绿素a含量就越高,意味着初级生产力越高.本次调查结果与樊伟等[23]､沈新强等[24]的研究报道基本一致,但是最适 Chl-a浓度范围有所升高,这很可能与上述调查本年度海表温度异常上升有密切的关系.另外关于海表盐度对北太平洋柔鱼渔场影响的报道非常少见,盐度与中心渔场地理位置分布没有必然的联系,从调查结果分析,各月份调查海域海表盐度水平分布相差并不大,盐度等值线相对平稳,未显示如温度一样的显著性分布特征.

调查期间渔场的天气与海况统计说明阴雾天和小风浪的海况条件下的渔获权重比较大,捕捞效率高;天气状况为晴朗和风平浪静的时候,渔获权重都比较小,捕捞效率低.结果显示,在阴雨天气状况以及有小风浪情况下,渔获产量总体要比晴朗和无风无浪的状况下高产,即捕捞效率明显要高.

4 结论

4.1 北太平洋柔鱼渔场高产的最适SST为18～20℃,最适SSS为33.60‰～34.80‰,最适Chl-a浓度为0.08～0.24mg/m3,其中SST与柔鱼渔场之间有较好的匹配关系,中心高产渔场通常位于18～20℃的等温线附近.

4.2 通过海流与渔场的分布关系发现中心渔场一般位于亲潮和黑潮交汇混合区的向北一侧,离交汇地带的距离较近,而且随着时间的推移,中心渔场的位置逐步往西北方向移动;经统计在阴雨天气或小风浪情况下,渔获产量要比晴朗和风平浪静的状况下更好,捕捞效率明显要高.

4.3 环境因子可以作为确定潜在中心渔场的指标,其中以海表温度(最适SST为18～20℃)为最佳,若是判断某一天的渔场位置,要结合当天的Chl-a浓度、天气海况等因素;若是判断全年整个渔汛期,需要辅助寒､暖流的此消彼长的情况以及厄尔尼诺、拉尼娜的大气候现象来综合分析,预测渔场的中心位置会更准确.

参考文献：

[1] 王尧耕,陈新军.世界大洋性经济柔鱼类资源及其渔业 [M]. 北京:海洋出版社,2005:122-124.

[2] 董正之.世界大洋经济头足类生物学 [M]. 济南:山东科学技术出版社,1991:82-88.

[3] Fan Wei, Wu Yumei, Cui Xuesen. The study on fishing ground of neon flying squid, Ommastrephes bartramii, and ocean environment based on remote sensing data in the Northwest Pacific Ocean [J] .Chinese Journal of Oceanology and Limnology,2009,27(2):408-414.

[4] 程家骅,郑元甲.北太平洋柔鱼资源现状及其前景分析 [J]. 海洋渔业,2003,25(3):51-57.

[5] 郑元甲,严利平.1999年北太平洋海区柔鱼群体组成特征 [J].远洋渔业,2000,3:7-14.

[6] 孙满昌,张圣海,钱卫国.北太平洋中东部海域的柔鱼生物学特征研究 [J]. 海洋渔业,2001,23(1):21-24.

[7] 黄洪亮,郑元甲,程家骅.北太平洋海区柔鱼生物学特征研究 [J].海洋渔业,2003,25(3):126-129.

[8] 唐峰华,伍玉梅,樊 伟.北太平洋柔鱼(Ommastrephe bartramii)生殖群体结构特征及繁殖生物学 [J]. 中国海洋大学学报,2011,41(6):035-041.

[9] Yatsu A, Watanabe T. Interannual variability in neon flying squid abundance and oceanographic conditions in the central north Pacific,1982-1992 [R]. Bull Nat Res Inst Far Seas Fish,1996,33:123-138.

[10] 陈新军.关于西北太平洋的柔鱼渔场形成的海洋环境因子的分析 [J]. 上海水产大学学报,1997,6(4):263-267.

[11] 程家骅,黄洪亮.北太平洋柔鱼渔场的环境特征 [J]. 中国水产科学,2003,10(6):507-512.

[12] Tian Siquan, Chen Xinjun, Chen Yong, et al. Standardizing CPUE of Ommastrephes bartramii for Chinese squid-jigging fishery in Northwest Pacific Ocean [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology,2009,27(4):729-7393.

[13] 国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.海洋监测规范 [M]. 北京:中国标准出版社,2008.

[14] 化成君,张 衡,樊 伟.东南太平洋智利竹筴鱼资源和渔场的时空变化 [J]. 生态学报,2011,31(19):5676-5681.

[15] 魏季瑄.数理统计基础及其应用 [M]. 成都:四川大学出版社,1991:184-185.

[16] 陈新军,田思泉.西北太平洋海域柔鱼的产量分布及作业渔场与表温的关系研究 [J]. 中国海洋大学学报,2005,35(1):101-107.

[17] 谷津名彦.北太平洋における釣り調査によるｱヵイヵの分布(1976-1983年) [R]. 東京:遠洋水研報,1992,3(29):13-33.

[18] 樊 伟.卫星遥感渔场渔情分析应用研究——以西北太平洋柔鱼渔业为例 [D]. 上海:华东师范大学,2004.

[19] 陈新军.西北太平洋柔鱼渔场与水温因子的关系 [J]. 上海水产大学学报,1995,4(3):182-185.

[20] 陈新军,田思泉,许柳雄.西北太平洋海域柔鱼产卵场和作业渔场的水温间比较及其与资源丰度的关系 [J]. 上海水产大学学报,2005,14(2):168-175.

[21] 王文宇,邵全琴,薛允传,等.西北太平洋柔鱼资源与海洋环境的GIS空间分析 [J]. 地球信息科学,2003,1:39-44.

[22] 唐峰华,崔雪森,樊 伟,等.北太平洋柔鱼渔获量与海洋环境关系的遥感学研究 [J]. 海洋技术,2011,30(2):7-12.

[23] 樊 伟,崔雪森,沈新强.西北太平洋巴特柔鱼渔场与环境因子关系研究 [J]. 高技术通讯,2004,10:84-89.

[24] 沈新强,王云龙,袁 骐,等.北太平洋鱿鱼渔场叶绿素 a分布特点及其与渔场的关系 [J]. 海洋学报,2004,26(6):118-123.

致谢：本研究得到中国水产舟山海洋渔业公司之远海渔业部门朱金鑫的热情帮助,以及舟渔“1301#”船长和全体船员的大力支持,谨致谢忱!

《中国环境科学》被Ei收录

根据 Ei总部2013年颁布的期刊收录情况,《中国环境科学》已被 Ei数据库作为源期刊收录,详见http://www.chinaeidata.com/periodical.htm

《中国环境科学》编辑部

2013-03-14

Study for marine environmental elements on spatio-temporal distribution of neon flying squid in the no
rth Pacific fishing ground.

TANG Feng-hua1, JIN Shao-fei2,3, ZHANG Sheng-mao1, CUI Xue-sen1, WU Yu-mei1, LIU Jian1, HUANG Hong-liang1*
(1.Key Laboratory of Marine and Estuarine Fisheries Resources and Ecology, East China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai200090, China；2.Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing100029, China；3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China). China Environmental Science,2014,34(8)：2093～2100

The data including fish production, sea surface temperature (SST), sea surface salinity (SSS) and Chlorophyll A (Chl-a) collected by“1301ZhouYu” from July to September in2010and between June and October in2011and the sea current data obtained by satellite remote sensing are combined to study the effects of marine environmental elements on spatio-temporal distribution of neon flying squid in the northern Pacific fishing ground. Research shows that catch frequency on SST and Chl-a are normally distributed, and the optimal conditions for high fish production are18～20℃for SST,33.60‰～34.80‰ for SSS,0.08～0.24mg/m3for Chl-a. A better match is seen between SST and fishing grounds. Productive fisheries are usually located near the18～20℃ isotherm, generally on the cold water side of the intersection between cold water and warm water masses. Center fisheries located to the north side of the pro tide and close to the Kuroshio intersection mixed zone. As time went on, the position of center fisheries moved towards the northwest direction step by step. On the whole, several environmental factors could be the index to identify potential center fisheries, but SST is the best choice. Combining this with factors such as the intersection situation of cold and warm water, Chl-a concentrations and sea weather will give more accurate prediction of the center position of fishing grounds.

t：flying squid；north Pacific；sea surface temperature；sea surface salinity；chlorophyll a concentration

X55,S932.4

：A

：1000-6923(2014)08-2093-08

唐峰华(1982-),男,浙江湖州人,助理研究员,博士,主要从事海洋生态学和渔业遥感方面的研究,发表学术论文20余篇.

2013-11-07

国家科技支撑计划项目(2013BAD13B01);国家“863”项目(2012AA092303)

* 责任作者, 研究员, ecshl@163.com.