中西太平洋鲣渔场时空分布研究

方 舟，陈洋洋，陈新军，郭立新

（1.上海海洋大学海洋科学学院，上海 201306；2.大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室，上海 201306；

3.国家远洋渔业工程技术研究中心，上海 201306；4.农业部大洋渔业开发重点实验室，上海 201306；5.农业部大洋渔业资源环境科学观测实验站，上海 201306）

鲣（Katsuwonus pelamis）在世界金枪鱼渔业中占有极其重要的地位［1］，中西太平洋海域是世界金枪鱼围网的主要作业渔场［2］。近年来，中西太平洋鲣平均年产量超过150×104t［3］，占该区域金枪鱼围网产量70%以上，是其它热带金枪鱼类总产量的两倍［4］。针对该海域开展相关的渔情预报工作对有效提高鲣产量、减少盲目寻找渔场起着积极的作用。高产渔区鲣的分布情况是渔情预报研究的依据和前提，而长时间序列的渔场空间分布及渔况分析可以深入了解鲣渔场的变化规律，是了解渔业资源状况的主要手段［5］。以往的相关研究中，有的已是多年前的研究结果［6］，有的则仅仅根据我国相关的生产数据进行分析［7］，且研究的范围尺度较大，并不能很好地反映相对集中的鲣资源分布情况。随着近些年海洋环境的变化以及捕捞数据的健全，研究者逐渐认识到中西太平洋海域鲣主要集中于某些适宜的栖息海域，针对此类渔场的空间分布研究也亟需开展。因此，本研究利用1995—2014年太平洋共同体秘书处（The Secretariat of the Pacific Community，SPC）所提供的鲣渔获数据，着重分析在鲣高产海域中长时间序列下渔场时空分布情况，以期为后续资源量状况分析和渔情预报模型的建立提供相关基础资料。

1 材料与方法

1.1 材料来源

中西太平洋鲣生产统计资料来自太平洋共同体秘书处（SPC，http：／／www.spc.int／fame／en）。该统计资料包含日本、韩国、中国、澳大利亚、美国、西班牙和南太平洋岛国等所有在此海域进行鲣围网作业的国家和地区，统计内容包括年、月、经度、纬度、投网次数以及渔获量。SPC提供的数据库中，空间分辨率为经纬度5°×5°，统计区域为20°S～20°N、125°E ～160°W。本文研究时间范围为1995—2014年。

1.2 数据预处理

根据生产数据的特点，按纬度方向每5度统计纬度方向各海区产量分布情况（图1）。经统计分析，5°S～5°N、125°～175°E海域共计 22个海区为最重要的作业海域，其产量约占总量的87.4%。因此本研究以 5°S～5°N、125°～175°E海域的22个5°×5°海区作为分析对象，对不同年份和月份CPUE的差异进行分析。

图1 中西太平洋鲣围网各纬度海区的产量分布Fig.1 Distribution of cumulative Katsuwonus pelamis catch based on the latitude in the Western and Central Pacific

1.3 研究方法

1）根据不同年份和月份进行统计，分析历年、月产量和平均CPUE的变化规律。

2）根据不同经纬度统计历年产量，了解鲣渔获在各年、月的主要作业海域和变化规律。通过产量的空间分布变化来显示作业渔场的时空分布，利用重心分析法计算1995—2014年各月份作业渔场的重心，其公式为［8］：

式中，X、Y分别为某一年度的产量重心位置，分别是经度和纬度；Ci为渔区i的产量；Xi为某一年度渔区i中心点的经度；Yi为某一年度渔区i中心点的纬度；j为某一年度渔区的总个数。

3）计算各年产量重心间的欧式距离（Euclidean distance），比较年间的变化情况［9］。欧式距离公式为：

式中，Dkl为k年与l年产量重心之间的距离；Xk、Yk分别为k年度产量重心的经、纬度；Xl、Yl分别为l年度产量重心的经、纬度。根据计算后的欧式距离，将1995-2014年各年、月的产量重心按照最短距离法进行聚类，分析比较其变化差异［10］。

4）根据不同年份和月份，统计22个渔区的CPUE，利用双因素方差分析（two-factor analysis of variance，ANOVA）进 行 研 究［9］。首 先 利 用Levene检验验证数据是否符合方程齐性，若不符合，则将 CPUE值进行对数转化［ln（CPUE＋1）］，使得该数值可以进行方差分析［11］；然后利用Tukey检验对显著性差异的值进行多重比较检验［11］，来研究中西太平洋鲣 CPUE在年份和经度，以及月份和经度上的差异。

上述分析均使用 MS Excel 2010和SPSS 19.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 历年产量和平均CPUE变化规律

1995—2014年间，围网渔船在中西太平洋海域共捕获鲣166.689×105t。从统计数据中可以发现，鲣产量逐年稳步提升，其中1998—2003年处于较低水平，2005—2010年为中高水平，2012—2014年达最高水平；而由于捕捞努力量的变化，CPUE在年间的波动较大（图 2-A）。1995—1996、2006—2010年以及 2012年 CPUE均高于14 t·d-1，其中1995年CPUE达到了历年最高，为 16.01 t·d-1。1997、2003—2004、2011年和2013年的CPUE值均低于10 t·d-1，其中1997年为历年最低值，仅为6.10 t·d-1。从月间变化来看，各月产量与CPUE均保持一致的变化趋势。1—5月份的月总产量保持在140×104t以上，CPUE均在12 t·d-1以上，处于一年中产量高位，并在5月达到最高值（产量157.7×104t，CPUE值13.25 t·d-1）；从 6月开始，产量和CPUE随月份不断下降，至9月降至最低值（产量112.3×104t，CPUE值 9.56 t·d-1）。随后再次升高，10—12月产量稳定在135×104t以上，CPUE值稳定在 11.5 t·d-1以上（图 2-B）。由此可见，1—5月为中西太平洋鲣的主要渔汛期，10—12月为次汛期。

2.2 产量重心的年度和月度变化

中西太平洋鲣渔场历年渔场重心变化明显。多数年份的渔场重心集中在1°S～0.5°N、152°～158°E之间（图3-A）。另外还有3组年份的渔场重心较为集中，分别为：1995—1996年和2003年，渔场重心分布于传统渔场的西北部，为0°～1°N、148°～150°E之间；2008、2010年和2011年，渔场重心分布于传统渔场的南部，为1.5°～2.5°S、154°～156°E之间；2001—2002年和 2014年，渔场重心分布于传统渔场的东北部，为1.5°～2.5°S、154°～156°E之间。以上渔场重心的变化主要是受年际间环境差异的影响。从月份间渔场重心变化可知，1月渔场重心主要在1.5°S、155°～156°E，随后逐渐向西北方向移动，从4月之后开始向东移动，经度从152°～153°E移动至158°E左右，纬度基本保持在0°附近；自10月起，渔场重心向南移动，经度在157°～159°E，纬度从1°S逐渐移动至2°S。全年的渔场重心呈顺时针方向移动。从图3-B可以看出，主要分为3组：2—5月一组，6—9月一组，10月—翌年1月一组（图3-B）。

2.3 产量重心聚类分析

不同年间产量重心存在较大的差异。从计算的欧式距离结果来看，年间产量重心距离最短的为1997年和2000年的0.090 2，而距离最大的为1995年和1997年的4.332 3。两个相接邻或（接邻 ＋1）年份，其欧式距离均小于 0.4。从1998年和1999年处出现的分支产生了较大的差异，欧式距离均超过了1。处于末端的1997年则与1998、1999年的距离很大，在 1.3～2.1之间，与1995年间的欧式距离则达到了最大值（表1）。

图2 1995—2014年中西太平洋鲣历年产量和平均CPUE的年度（A）和月度（B）分布Fig.2 Distribution of annual（A）and monthly（B）catch and mean CPUE of Katsuwonus pelamis in Western and Central Pacific during 1995—2014

图3 中西太平洋鲣历年产量重心年度（A）和月度（B）变化Fig.3 Distribution of annual（A）and monthly（B）catch gravity position of Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

表1 中西太平洋鲣各年产量重心分布空间距离排序Tab.1 Rank of spatial distances between different years of gravity positions for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

经过聚类分析得知，假设以空间距离1为阈值，可将历年的产量重心分为4类，即1995年、1996年、2003年为一组，1997年、1999年、2000年、2004年为一组、1998年、2001年、2002年、2014年为一组，剩余的其它年份为一组（图4）。

图4 中西太平洋鲣各年产量重心聚类结果Fig.4 Aggregative results of annual gravity catch for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

而不同月份之间产量重心分布则相对较为集中。从结果来看，除了1月和5月外，其它各月间的产量重心欧式距离不超过1.2，且相邻月份间欧式距离均较短（如2—4月、6—8月、10—12月等）。除了1月份外，可以发现产量重心距离可以明显地分为两个部分，即上半年（2—5月）和下半年（6—12月）。1月份的产量重心相对其它月份均较远（表2）。

经过聚类分析得知，假设以空间距离1.3为阈值，可将历年的产量重心分为3类，即6—9月为一组，1月、10—12月为一组，2—5月为一组（图 5）。

图5 中西太平洋鲣各月产量重心聚类结果Fig.5 Aggregative results of monthly gravity catch for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

2.4 不同渔区CPUE方差分析

通过Levene检验，发现定义的22个渔区的CPUE值为非齐性（P＜0.01），通过对数转换后，数据集符合齐性要求。根据方差分析的结果可以发现，鲣的CPUE随着时间和空间的变化而发生较大的变化，不同年份不同经度（F＝21.0，df＝40，P＜0.01）以及不同月份不同经度（F＝231.93，df＝32，P＜0.01）的 ln（CPUE＋1）值均存在显著差异。

从年度变化来看，不同年份的ln（CPUE＋1）值有着显著差异（F＝3.99，df＝19，P＜0.01）。Tukey多重比较结果表明，ln（CPUE＋1）存在差异的年份集中于1995年、1997年和2004年。此3年包含了历年CPUE的极值年份（最大值、最小值和次小值）。其中1995、1997年均与2006—2010、2012、2014年 ln（CPUE＋1）存在显著差异（P＜0.01）；2004年与 2007、2009年 ln（CPUE＋1）存在显著差异（P＜0.01）（表3）。

从月度变化来看，不同月份的ln（CPUE＋1）值有着显著差异（F＝12.09，df＝11，P＜0.01）。Tukey多重比较结果表明，ln（CPUE＋1）值在月间的差异可以明显分为两个阶段，上半年（1—6月份）与7—9月的ln（CPUE＋1）存在显著差异（P＜0.01）；2—5月与 10、12月的 ln（CPUE＋1）同样存在显著差异（P＜0.01）；而其它月份则不存在差异（P＞0.01）（表4）。

表2 中西太平洋鲣各月产量重心分布空间距离排序Tab.2 Rank of spatial distances between different months of gravity positions for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

表3 中西太平洋鲣鱼年间CPUE［ln（CPUE＋1）］多重比较差异结果Tab.3 Result of multiple comparison of Katsuwonus pelamis tuna CPUE［ln（CPUE＋1）］in the Western and Central Pacific

表4 中西太平洋鲣鱼月间CPUE［ln（CPUE＋1）］多重比较差异结果Tab.4 Result of multiple comparison of monthly Katsuwonus pelamis CPUE［ln（CPUE＋1）］in the Western and Central Pacific

从渔区变化来看，不同渔区的ln（CPUE＋1）值也有着显著差异（F＝36.39，df＝21，P＜0.01）。Tukey多重比较结果表明，不同经度和纬度的分布存在明显差异。从经度方向上看，无论纬度处于何处，125°～135°E海域与140°～175°E海域内的ln（CPUE＋1）值存在显著差异（P＜0.01）；从纬度方向上看，处于同一经度范围内，其南北纬海域不存在差异（P＞0.01）；从渔区整体上来看，位于西北部（0～5°N、125°～135°E）渔区与东南部（0～5°S、140°～175°E）的 ln（CPUE＋1）值存在显著差异（P＜0.01），同样位于东北部（0～5°N、140°～175°E）渔区与西南部（0～5°S、125°～135°E）的 ln（CPUE＋1）值也存在显著差异（P＜0.01）（表5）。

3 讨论

自20世纪50年代开发鲣资源以来，其历年产量几乎呈现不断上升的趋势，在中西太平洋尤甚［12］。从本研究中也可以发现，中西太平洋鲣历年产量稳步提升，而与此同时CPUE的波动却很大，这可以说明，历年来产量的增长主要是由于捕捞努力量的不断增加造成的（包括渔具渔法更新，作业船只和作业天数的增加）。CPUE的大幅波动则主要是由于海洋栖息环境的变化造成的［13］。作为一种恒温性鱼类，周围海域环境的变化会对鲣的生长、摄食等活动产生很大的影响，这也直接影响了其资源量的丰度［14］。目前针对鲣的围网捕捞作业是全年性的，但是从本研究中也可以发现各月的捕捞情况大有不同。上半年（主要为1—5月）的产量明显高于下半年，在第三季度（7—9月）的产量最低，第四季度（10—12月）处于中等水平，CPUE的变化与产量变化一致。造成月间产量不均的情况主要是由于在1—5月主要作业区域位于中西太平洋暖池的中心，该海域的温度十分适宜鲣的生长，因此该海域鲣的资源丰度也较大，第一、二季度在此处的产量也相对较高；而下半年作业区域相对偏西，该海域相对远离暖池中心，因此鲣资源丰度相对较低，产量也较低。

表5 中西太平洋鲣鱼纬度间CPUE［ln（CPUE＋1）］多重比较差异结果Tab.5 Result of multiple comparison of latitudinal Katsuwonus pelamis CPUE［ln（CPUE＋1）］in the Western and Central Pacific

中西太平洋鲣的年间产量重心变化较大。1995、1996、2003年的产量重心明显偏西，而2001、2002、2014年产量重心明显偏东移动（图3-A）。渔场重心聚类分析结果与上述分析一致，可以发现CPUE较高的年份（如1995、1996年）为一类，而CPUE较低的年份（如1997、2004年）为一类（图4）。这种变化主要是由于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）现象所造成的暖池移动引起的。沈建华等［15］认为，中西太平洋鲣渔获量重心在厄尔尼诺年位置比较偏东偏南，在拉尼娜年位置比较偏西偏北，本文的研究与其较为一致。LEHODEY等［16］发现，鲣作业渔场会随暖池边缘29℃等温线在经度方向变化。而此29℃等温线东界会受ENSO现象影响［7］。相关学者已经研究了中西太平洋鲣渔场时空分布与ENSO的关系，并总结出如下规律［17-19］：当厄尔尼诺发生时，鲣CPUE经度重心随暖池的东扩而东移，拉尼娜发生时则随暖池向西收缩而西移。因此上述年份产量重心的变化也是由于环境变化所致。

月间的产量重心变化呈顺时针移动，从南纬海域向西北，然后东移，最后回到南纬海域（图3-B）。月间渔场重心聚类分析也发现，2—5月基本为一类，6—9月、10—12月分别为一类，月间变化具有连续性，且上、下半年变化明显（图5）。汪金涛等［20］在研究中西太平洋鲣的产量重心变化时发现，12月至次年4月的渔场重心在经度上比较集中，而其它月份比较分散，在纬度上则集中于5°S～4°N之间。本研究中的研究海域主要集中于鲣的高产海域，即5°S～5°N，125°～175°E之间，因此研究范围更为细化，所发现的规律也更为细致。李克让等［21］研究西太平洋暖池的基本特征发现，28～29℃等温线随月份变化自南向北发生转变，从1月份的8°～10°S向北移动，到8—9月达到8°～10°N，随后再次向南部移动，因此本研究中渔场重心的纬度移动与暖池等温线移动方向是一致的。同时由于中西太平洋海域多为各太平洋岛国的专属经济区，而大多数作业渔船来自国外，因此需要遵守对应国家的相关入渔规定，购买配额及作业时间受限制，因此许多作业渔船都会尽可能在有限的时间内使得收益最大化。西部海域的海洋环境较适宜鲣生长，资源量更为丰富，因此作业渔船会尽可能多的在该海域进行作业，而当作业时间将至时，渔船只能从西部专属经济区海域向东部公海海域转移继续作业，这也是造成月间渔场重心东西向移动的原因，同时也可以进一步解释前述月间CPUE产量变化的原因。

由于不同的经纬度产量和CPUE的差别较大，因此本研究将研究海域划分不同的渔区，结合时间的变化来研究鲣渔场时空变化规律。从研究结果可以发现，年度CPUE差异主要出现在1995、1997年和2004 3个年份中，1995年CPUE为历年最高值，1997年和2004年CPUE分别为历年最低值和次低值（图3-A），而所主要对应存在差异的年份为2006—2010年（表3）。根据陈洋洋等［22］的定义，1995年为拉尼娜年，1997年为厄尔尼诺年，拉尼娜年产量相对较高，渔场重心偏西，厄尔尼诺年产量较低，渔场重心偏东［22］，因此这两年在鲣产量和CPUE中与其它年份的差异很大，而2006—2010年的产量中心分布较为偏南，结合空间因素，也是这些年份CPUE差异较大的主要原因。从月间的CPUE差异情况来看，也可以发现与渔场重心变化的规律，即上半年（1—6月）与下半年（主要是第三季度7—9月）存在显著差异（P＜0.01）（表4）。该差异也与上述CPUE月间变化和月间渔场重心变化一致。从空间变化的研究结果来看，经度间CPUE的差异要明显大于纬度间CPUE的差异，且经度变化的界限主要在135°～145°E左右（表5）。影响中西太平洋鲣资源的暖池移动主要是东西向移动的，会随着ENSO事件的发生而东扩或西移。根据李克让［21］的研究，西太平洋暖池29℃等温线的经度范围在146°～160°E范围内变化，根据29～30℃为鲣的主要栖息环境来看［23］，135°～145°E正是其栖息的主要场所，因此较多的捕捞努力量和产量也集中于这个区域，直接造成了东西海域CPUE差异的原因。

本文根据1995—2014年中西太平洋鲣围网捕捞渔业生产数据，分析了产量和CPUE在各年各月的变化规律，同时分析了年度和月度产量重心变化并进行聚类分析，并划分渔区，研究时间和空间因素对CPUE的影响，为后续合理开发该渔业和建立相关渔情预报模型提供了依据。本文中所使用的数据年份跨度较大，且主要关注高产渔区，与以往的类似研究区域有着较大的不同，进一步细化了研究范围，能够更加准确地研究中西太平洋鲣产量及CPUE的变化规律。后续研究中应获取更加精确的产量数据（如1°×1°），并且结合相应的环境因子和气候因子（如赤道指数），分析长时间序列鲣渔场的变化规律及其根本原因。