黑潮、亲潮及其交汇区水温与秋刀鱼资源丰度的关系

张培超 ，张孝民，徐炳庆，李少文

(山东省海洋资源与环境研究院，山东省海洋生态修复重点实验室，山东 烟台 264006)

黑潮和亲潮是北太平洋最西部的两股强劲海流，对西北太平洋及其附近海域的气候、生态环境和渔业资源有强烈的影响[1]。黑潮发源于北赤道，由我国台湾东侧进入东海，经日本列岛向北流去。黑潮上层水温常年较高，高温、高盐，又称“黑潮暖流”[2]。研究表明，黑潮海域附近的海表面温度(Sea surface temperature，SST)的变化对远东拟沙丁鱼(Sardinopssagax)的资源补充量有显著的影响，暖流导致水温升高，不利于其幼鱼的生长[3]。亲潮是由北向南的寒流，具有低温、高盐的特点，与北上的黑潮交汇，带来了大量的浮游动植物，从而形成了西北太平洋最丰富的鱼类索饵场[4]。黑潮亲潮交汇区是众多小型中上层鱼类产卵洄游索饵的重要场所[5]，此区域的海洋环境常常表现出明显的年际变化[1]，使得中上层鱼类[沙丁鱼、秋刀鱼(Cololabissaira)、日本鲭(Scomberjaponicus)等]的幼鱼密度[6]、肥满度[7]、资源丰度[8]年间变化较大。

秋刀鱼广泛分布于西北太平洋海域[9]，相关研究认为黑潮海域是秋刀鱼的主要产卵场[10]，秋刀鱼在冬季产卵，春季进行北上洄游，洄游的主要区域在黑潮亲潮交汇区，夏季到达索饵场，索饵场的区域与亲潮分布海域基本吻合[8]。索饵结束后，会继续南下洄游，秋刀鱼捕捞主要在其索饵场和南下洄游区域进行[11]。Tian Y等认为黑潮海域的SST的年际变化会影响秋刀鱼的资源丰度[12]，海表面盐度(SSS)和叶绿素浓度(Chl)与秋刀鱼幼鱼的密度也有显著的相关关系[13]。总之，整个秋刀鱼洄游范围内(即黑潮亲潮海域)的气候变化与秋刀鱼资源量紧密相关，秋刀鱼可以作为黑潮海域生态转换的生物指示剂[8]。目前，我国大陆主要集中研究了秋刀鱼渔场的海洋环境因子与资源分布的关系[14-18]，从国外相关研究可以看出，洄游路径上黑潮和亲潮海域的海洋环境因子对秋刀鱼种群的分布有很大的影响。本文重点对黑潮、亲潮及其交汇区海域水温与秋刀鱼资源丰度的关系进行研究，进一步掌握秋刀鱼资源丰度的年间变化规律，为秋刀鱼渔业的科学管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

1)秋刀鱼统计数据来源于北太平洋渔业委员会报告，数据内容包括日期、经纬度、渔获量等。捕捞产量为所有船只秋刀鱼总渔获量，单位：t；单位捕捞努力量渔获量(CPUE)为单船每天的平均渔获量，单位：t/d；时间范围为1995—2014年，共计20年，时间分辨率为年。

2)黑潮和亲潮海域水温数据来源于美国夏威夷大学网站(http：//apdrc.soest.hawaii.edu/las/v6/dataset?catitem=0)，包括SST和海表面温度异常(Sea surface temperature anomaly，SSTA)，经纬度参照Tian Y等[8]文献中规定的范围，如图1所示，黑潮海域(产卵场)范围为28°～35°N、128°～145°E；交汇区海域(洄游区)范围为35°～40°N、140°～160°E；亲潮海域(索饵场)范围40°～45°N、140°～160°E。时间范围同样参照Tian Y等[8]资料，秋刀鱼洄游至黑潮区、交汇区、亲潮区的时间分别是冬季1—3月、春季4—6月和夏季7—9月，数据空间分辨率为1°×1°，将1995—2014年1—9月在黑潮、亲潮和交汇区内的SST和SSTA总平均值作为与产量数据对应的环境数据[19]。秋刀鱼主要在冬季产卵，夏季洄游，秋季索饵[11]，本文环境数据主要包括黑潮海域1—3月(KC1～KC3)、交汇海域4—6月(TZ4～TZ6)和亲潮海域7—9月(OC7～OC9)的SST和SSTA数据。

1.2 研究方法

1)秋刀鱼作业方式渔获选择性强，没有兼捕鱼种，因此从理论上捕捞产量和CPUE可以作为表征秋刀鱼资源丰度的指标[19]，以此研究1995—2014年秋刀鱼资源丰度的年间变化。

2)采用灰色关联度法[20]分析秋刀鱼资源丰度与黑潮、亲潮和交汇区海域的SST和SSTA的关系，根据陈新军[21]相关研究经验，本文中分辨系数取0.5，分别以捕捞产量和CPUE为母序列，黑潮区1—3月SST(SSTKC1～KC3)、交汇区4—6月SST(SSTTZ4～TZ6)、亲潮区7—9月SST(SSTOC7～OC9)、黑潮区1—3月SSTA(SSTAKC1～KC3)、交汇区4—6月SSTA(SSTATZ4～TZ6)、亲潮区7—9月SSTA(SSTAOC7～OC9)为子序列，分析各子序列与秋刀鱼资源丰度的关联顺序，确定主要影响因子。

3)采用频次统计分析方法分析SST和SSTA与秋刀鱼资源丰度的关系，确定秋刀鱼资源处于高丰度时水温因子适宜范围。以CPUE表征的秋刀鱼资源丰度，CPUE高于20年平均值的年份定义为高丰度的年份。根据本文所研究海域范围大小，将黑潮、亲潮和交汇区海域范围以2°×2°定义为一个海区，取一个SST和SSTA。根据海区内SST和SSTA的温度范围，为使得到的适宜范围合理，并且利于统计，将SST间距为2.0℃和SSTA间距为0.5℃作为一个分布区间，统计各个区间内海区的个数，分析水温因子适宜范围，并运用非参数统计K-S检验法[22-24]对秋刀鱼资源丰度与水温因子的关系进行显著性检验。

2 研究结果

2.1 西北太平洋秋刀鱼资源丰度年间变化

1995—2014年秋刀鱼的捕捞产量和CPUE的平均值分别为3.8×105t和16.59 t/d。从图2中可以看出，以捕捞产量和CPUE表征的秋刀鱼资源丰度年间变化规律基本相同。其中2008年和2014年捕捞产量和CPUE均较高，其他年份相对比较平均。其中1998年和1999年为历史最低水平，1997年和2001年相对较高。

总体来看，秋刀鱼资源丰度年间变化较大，呈现出“大小年”的现象，即一年资源丰度增加，第二年资源丰度减少，反之亦然，增加的幅度一般大于减少的幅度，因此秋刀鱼的资源丰度总体呈增加的趋势。

2.2 秋刀鱼资源丰度与水温因子的关联度

1995—2014年秋刀鱼捕捞产量和CPUE与黑潮、亲潮及交汇区SST、SSTA的关联度分析如表1和表2所示，以CPUE表征的资源丰度与SST和SSTA的关联度均高于捕捞产量，说明了以CPUE表征资源丰度的效果更好。本文取捕捞产量和CPUE与SST和SSTA关联度的平均值进行研究，资源丰度与SST的关联度范围为0.652 1～0.663 2，与SSTA的关联度范围为0.614 1～0.893 4，整体来看，秋刀鱼资源丰度与SSTA的关联度高于SST。

秋刀鱼资源丰度与SST和SSTA的关联度大小顺序依次为SSTAKC1>SSTAOC7>SSTAOC9>SSTATZ6>SSTATZ5>SSTATZ4>SSTAOC8>SSTAKC2>SSTOC9>SSTKC3>SSTKC2>SSTTZ6>SSTTZ5>SSTOC8>SSTKC1>SSTTZ4>SSTOC7>SSTAKC3。

表1 秋刀鱼资源丰度与黑潮、亲潮及交汇区SST的关联度

续表1

表2 秋刀鱼资源丰度与黑潮、亲潮及交汇区SSTA的关联度

2.3 秋刀鱼资源高丰度时黑潮、亲潮及交汇区适宜的水温因子

根据CPUE表征的资源丰度，确定秋刀鱼资源丰度较高的10个年份，从高到低分别为2014、2013、2012、2011、2008、2003、1997、2007、2010、2005年，这10个年份的CPUE均高于20年间的平均值。

频次统计分析如表3、表4所示，结果表明秋刀鱼资源处于高丰度时黑潮区SSTKC1～KC3的适宜SST均为18～20℃，交汇区SSTTZ4～TZ6的适宜SST分别为12～14℃、14～16℃和16～18℃，亲潮区SSTOC7～OC9的适宜SST分别为16～18℃、18～20℃和18～20℃。黑潮区SSTAKC1～KC3的适宜SSTA分别为0～0.5℃、0～0.5℃和0.5～1.0℃，交汇区SSTATZ4～TZ6的适宜SSTA分别为0.5～1.0℃、0～0.5℃和0.5～1.0℃，亲潮区SSTOC7～OC9的适宜SST分别为1.0～1.5℃、0.5～1.0℃和1.0～1.5℃。

表3 秋刀鱼资源丰度与黑潮、亲潮及交汇区SST相关频次统计

表4 秋刀鱼资源丰度与黑潮、亲潮及交汇区SSTA相关频次统计

2.4 K-S检验结果

对各月CPUE与SST和SSTA进行K-S检验，所得的统计量D以及临界值P如表5所示。检验结果表明，在显著水平α=0.10的情况下，假设检验条件F(t)=G(t)成立，结果没有显著性差异，可以认为在黑潮、亲潮及交汇区内各月适宜SST和SSTA范围是合适的。

表5 K-S检验统计表

3 讨论

秋刀鱼年龄一般为两龄[25-26]，为短生命周期的鱼类，其资源丰度受环境因子影响较大，尤其是水温因子[14，17]。秋刀鱼渔场的海洋环境很大程度上决定了秋刀鱼中心渔场和鱼群密度的分布[15]，但秋刀鱼洄游路线海洋环境变化会影响秋刀鱼的幼鱼成活率、生长速度和肥满度[12]等，进而影响秋刀鱼的资源丰度。秋刀鱼资源丰度的年间变化规律呈“大小年”的现象，可能的原因是秋刀鱼生命周期短，其资源补充量基本上来源于当年的幼鱼[12]，对秋刀鱼成鱼的捕捞势必会影响次年产卵量和幼鱼数量，所以捕捞产量高的年份会对次年秋刀鱼资源丰度产生影响，造成“大小年”现象。捕捞产量和CPUE在2003—2014年明显高于1995—2002年，主要原因是捕捞技术和作业渔船捕捞能力的提高，以及在2003年以后，我国大陆开始进行北太平洋公海秋刀鱼的生产作业[9]。

秋刀鱼的洄游路线主要集中在黑潮和亲潮水域，冬季在黑潮水域中产卵，春季仔幼鱼集中在交汇区水域，夏季在亲潮区集群，开始向南进行生殖洄游，秋季到达索饵场育肥成长[27]，洄游过程中水温因子与秋刀鱼的产卵、育肥和渔场分布息息相关。本文初步研究了黑潮、亲潮及其交汇区SST和SSTA与秋刀鱼资源丰度的关联度，其结果均在0.6以上，关联度较高。秋刀鱼资源丰度与SSTA的关联度普遍高于SST，秋刀鱼属于冷水性洄游鱼类，对周围海洋环境变化异常敏感[7]，海表面温度的异常变化对其资源丰度的影响更加明显，通过对环境变化规律的研究，可以间接掌握秋刀鱼资源丰度的变化。秋刀鱼在黑潮和亲潮水域SSTA的适宜范围为0～1.5℃，SST的适宜范围为14～20℃，与之前对秋刀鱼渔场的适宜SST[15-16]的研究结果基本相似，说明秋刀鱼在整个产卵、索饵、育肥的洄游过程中的适宜栖息温度范围是基本一致的。

余为等[28]认为黑潮强度减弱，冷水团向南入侵势力变强，影响柔鱼的洄游，导致2009年柔鱼产量的明显下降。秋刀鱼产量在2015年也出现产量明显下降的现象，可能与黑潮、亲潮及其交汇区的海洋环境因子的变化有关，需要进一步地研究其与秋刀鱼资源丰度的具体关系。除了水温因子(SST和SSTA)以外，黑潮、亲潮及其交汇区的叶绿素浓度、海表面高度、海表面盐度、黑潮流量[29]和黑潮路径[30]等都对西北太平洋海域经济型鱼类的渔场形成、分布和资源丰度有重要的影响，需要在未来对相关的海洋环境因子进行更深入的研究。

秋刀鱼的盛渔期在9—11月[31]，通过对黑潮、亲潮及其交汇区的1—9月份水温因子的研究，可以为提前掌握当年秋刀鱼的资源丰度情况提供帮助。近年来，随着近海资源的衰退[32]，我国大陆加大了对西北太平洋公海秋刀鱼资源的开发利用，但NPFC的成立势必会管理和限制秋刀鱼资源开发的捕捞努力量。通过本文对黑潮、亲潮及其交汇区的水温因子的研究，提前掌握秋刀鱼的资源丰度的大体情况，为我国大陆合理安排秋刀鱼渔船数量及捕捞努力量提供依据。