摘要：为获取秘鲁外海茎柔鱼Dosidicus gigas栖息地的适宜温度指标,预测水温变化对茎柔鱼栖息地的影响,根据2006—2011年中国鱿钓船在秘鲁外海的茎柔鱼生产数据,并结合实测和通过卫星遥感技术获得的该海域海表温度数据,在作业次数和单位捕捞努力量渔获量(CPUE)基础上,采用海表温度适应性指数(Suitability index,SI)模型预测方法进行了相关研究。结果表明:随着水温的升高,茎柔鱼栖息地经向自西向东转移,纬向自北向南转移;产量较高的月份为7—12月,选取最佳适宜温度指标为19℃;发生厄尔尼诺现象时茎柔鱼产量下降,发生拉尼娜现象时产量则增加。
关键词：茎柔鱼;海表温度;栖息地;秘鲁外海
茎柔鱼Dosidicus gigas又称美洲大柔鱼[1],分布于中部太平洋以东的海域,即125°W以东的加利福尼亚半岛至智利一带外海水域,是秘鲁外海主要的经济捕捞种类,且资源丰富[2-4]。秘鲁外海的茎柔鱼渔业于20世纪90年代初被大规模开发[5],中国渔船于2001年进入该海域进行生产[6],茎柔鱼至今仍是中国鱿钓渔船的重要捕捞对象之一。2013年在该海域生产的中国鱿钓船数达到200余艘,渔获总产量超过22万t,为中国渔船在该海域历史上的第二高产量。
像绝大多数短生命周期的其他柔鱼类一样,周围环境的异常变化对其资源量和时空变化有较大影响[7]。国内外许多研究者均对秘鲁外海茎柔鱼的生物学特征、渔场分布变化,以及资源量与海洋环境的关系等方面进行了大量的研究[8-14]。其中, Ichii等[15]、Anderson等[16]、陈新军等[17]对茎柔鱼资源量受海洋环境诸因素变化的影响进行了深入研究;有学者认为,茎柔鱼资源量和渔场变化与海洋表温(sea surface temperature,SST)密切相关,并且指出秘鲁外海茎柔鱼的最适生长温度为17～23℃[18]。厄尔尼诺(El Niño)和拉尼娜(La Niña)现象也会使其资源和渔场发生波动,其中El Niño现象将会导致茎柔鱼资源量减少和渔获产量下降[19]。本研究中,根据2006—2011年中国鱿钓船在秘鲁外海的渔捞记录,使用环境变化异常的年份渔场分布情况进行验证,对秘鲁外海茎柔鱼渔场分布与海洋表温的关系进行了分析,旨在对秘鲁外海渔场分布进行预测,为茎柔鱼渔情预报提供参考。
1.1 材料
1.1.1 渔获数据 本研究中渔获数据来自上海海洋大学鱿钓技术组统计数据,时间为2006—2011年。数据包括日期、经度、纬度、日产量、网次等,作业范围为70°～90°W和8°～20°S。渔获数据统计时间以月为间隔,并以0.25°×0.25°表示1个渔区,作业次数和产量等均为此渔区内渔获统计数据。
1.1.2 环境数据 环境数据主要是SST,包括实测数据和卫星遥感数据。实测数据主要来源于上海海洋大学鱿钓技术组,用于寻找渔场适宜的水温指标。卫星遥感数据来自Ocean color网站(http:// oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/MODISA/Mapped/Monthly/4km/SST/),用于分析渔场分布情况。ENSO指标拟用Niño 3.4区海表温距平值(Sea surface temperature anormaly,SSTA)表示,数据来源于美国哥伦比亚大学环境数据库(http://iridl.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.Indices/)。
1.2 方法
1.2.1 El Niño/La Niña事件定义 根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)定义:El Niño事件为Niño 3.4区SSTA连续3个月滑动平均值超过0.5℃;而La Niña事件则为SSAT连续3个月低于-0.5℃[13]。本研究中以此定义2006—2011年发生的异常环境事件。
1.2.2 产量和单位捕捞努力量渔获量(CPUE)的时空分布 统计2006—2011年0.25°×0.25°渔区内的产量和作业次数,并以此计算获得单船平均月产量,计算公式为
其中:CPUEi代表渔区i的茎柔鱼资源相对丰度(t/haul);catchi为渔区i的总产量(t);Neti为渔区i的作业次数(haul)。
由于作业渔船多为8154型拖网船改装而成,作业时间均在晚上,集鱼灯总功率保持恒定(120 kW),因此,可将CPUE作为资源丰度指标。通过分析各月产量和CPUE的变化情况,研究各月捕捞作业高产中心位置的空间变化情况。
1.2.3 寻找渔场适宜的水温指标 作业渔船的作业次数反映了鱼类的水温栖息喜好或捕捞几率大小的分布[20],同时CPUE通常可作为柔鱼资源丰度指标,因而可将作业次数(或CPUE)用于表示茎柔鱼中心渔场的分布。首先,假定最高作业次数(或CPUE)为茎柔鱼资源丰度较高海域,其栖息地指数(Habitat suitability index,HIS)为1;作业次数(或CPUE)为0时,认为是茎柔鱼资源丰度较低海域,并指定其栖息地指数HIS为0[21]。以SST为环境变量,统计2006—2011年1—12月0.25°×0.25°渔区内产量和作业次数,分析SST和适应性指数(Suitability index,SI)之间关系,获得渔场适宜温度指标,并利用下列公式计算SI[11]:
其中:SINj和SICj分别为以作业次数和CPUE为基础的适应性指数;Netj和CPUEj分别为j渔区的作业次数和CPUE值;Netmax、CPUEmax、Netmin和CPUEmin分别为各渔区中最高和最低作业次数和CPUE值。
1.2.4 茎柔鱼渔场的分布情况 对2006—2011年各月月均SST卫星数据进行处理,用Matlab软件绘制各月CPUE和SST的空间分布图,验证最适宜温度指标与CPUE的分布拟合情况,用SST中最适宜温度数据预测渔场的分布情况,并用CPUE值进行叠加分析验证。
1.2.5 气候变化对渔场分布的影响预测 茎柔鱼资源受El Niño和La Niña现象影响的原因,在一定程度上在于El Niño和La Niña现象对初级生产力和次级生产力产生重要影响,而茎柔鱼资源空间分布又与初级和次级生产力密切相关[22-24]。根据El Niño和La Niña事件的定义,本研究中分析了SST下降或提高0.5～1.0℃时,水温变化对渔场分布的影响。
1.3 数据处理
统计2006—2011年El Niño和La Niña事件异常月份的0.25°×0.25°渔区内产量和作业次数,绘制预测渔场与CPUE的空间分布图,进行验证并分析异常环境条件下渔场分布情况。
2.1 El Niño和La Niña事件的定义
在2006年1月—2011年12月间共发生El Niño事件2次,分别为2006年8月—2007年1月和2009年6月—2010年4月;发生La Niña事件5次,分别为2006年1月—2006年3月、2007年8月—2008年5月、2008年12月—2009年2月、2010年6月—2011年4月和2011年8月—2011年12月(图1)。
图1 2006—2011年Niño 3.4区SSTA时间序列分布图
Fig.1 Time series distribution of SSTA in the area Niño 3.4 from 2006 to 2011
2.2 产量和CPUE的时空分布
时间分布统计分析如图2所示。从图2可见:产量较高的月份为7—12月,其累计产量为16175t,约占全年产量的63％;从CPUE分析,12月份CPUE值最高(6.42 t/haul),其次为10月份(5.68 t/haul)、1月份(5.37 t/haul),4月份最低(3.07 t/haul)。
图2 2006—2011年平均各月茎柔鱼渔获量和CPUE分布变化
Fig.2 M onthly profile of catch and CPUE of Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom 2006 to 2011
空间分布统计分析如图3所示。从图3可见, CPUE分布呈明显的空间变化,7—12月的CPUE在经度上呈自西向东转移的走势,其中CPUE较高值主要集中于81～84°W和16～19°S,该区域的CPUE平均值大于6 t/haul。
注:◦代表月份;——表示CPUE月变化
Note:◦meansmonth;——meansmonth change in CPUE
图3 2006—2011年秘鲁外海茎柔鱼CPUE月平均值的空间分布
Fig.3 Spatial profile of m onthly average value of the CPUE of Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom 2006 to 2011
2.3 最适宜温度指标
根据卫星遥感数据,统计分析2006—2011年秘鲁外海茎柔鱼渔场SST平均值,可以得出渔场的SST变化范围为17.91℃(8月)～25.08℃(3月)。
本研究中通过直方图分析了秘鲁外海茎柔鱼对月均SST的偏好(图4)。结果表明,在捕捞高峰季节,最高的SI对应的SST为17～20℃。其中,基于2006—2011年相对应的SST数据分别在8、10、11月直方图中出现双峰现象。在7月SST的适宜范围为18℃,8月为17.0～18.5℃,9月为17℃,10月为17～19℃,11月为18～20℃,12月为19.5～20.5℃。
通过对2006—2011年9—11月秘鲁外海茎柔鱼CPUE值与卫星海表温数据进行叠加,并制作等温线图(图5)。由图5可知,19℃等温线与秘鲁外海茎柔鱼CPUE值有着较强的相关性,此特定的SST值可作为一个理想的评估潜在栖息地指标。
2.4 茎柔鱼渔场
选取19℃SST范围作为秘鲁外海茎柔鱼栖息地,预测2006—2011年7—12月(高CPUE值的主要捕捞季节)每月的潜在栖息地(图6)。由图6可知,19℃SST范围基本与各月高CPUE值相关,可以作为潜在栖息地指标。
2.5 水温变动对渔场分布的影响
基于秘鲁外海茎柔鱼偏好温度条件,对秘鲁外海2006—2011年9—12月SST分别升降0.5℃和1℃(图7)可知,随着SST的上升,茎柔鱼栖息地有着自北向南移动的趋势,这表明渔场的分布会随着温度的升高而南移。通过对比各月不同温度条件下的栖息地面积(图8)可知:随着SST的上升,茎柔鱼栖息地面积呈缓慢增加趋势,而12月明显呈负相关,这可能是由于12月份平均SST高于20℃,而此时SST若继续上升,则茎柔鱼栖息地面积反而下降;随着SST的下降,茎柔鱼栖息地面积呈下降趋势,除12月外其他月份均明显呈负相关。
2.6 特殊环境条件下渔场分布
茎柔鱼的空间分布与初级生产力和次级生产力关系密切,而El Niño和La Niña现象对秘鲁外海初级和次级生产力造成巨大影响。其中,El Niño现象会造成茎柔鱼资源量的下降,如2006年8月—2007年1月,CPUE值从6.81 t/haul降至4.38 t/haul;而发生La Niña现象的月份,其资源量会因沿海上升流势力增强而增加[22-24],如2011年8月—12月,CPUE值从3.11 t/haul增至8.46 t/haul;其次,每年4月份CPUE值均偏低,并在2011年4月出现最低值,为2.13 t/haul(图9)。
从图9和图10可以看出,在El Niño现象出现的月份中,秘鲁外海茎柔鱼CPUE值与海表温度呈负相关;而在La Niña现象出现的月份中,秘鲁外海茎柔鱼CPUE值与海表温度则呈正相关。
图4 2006—2011年秘鲁外海茎柔鱼7—12各月最适SST直方图
Fig.4 M onthly favourable SSTs of Jumbo flying squidDosidicus gigasproduction determ ined using a histogram analysis in fishing grounds from 2006 to 2011
图5 秘鲁外海茎柔鱼9—11月CPUE值与卫星海表温叠加图(19℃)
Fig.5 Association of CPUE values for Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom September to November w ith satellite SST images off Peru
3.1 秘鲁外海茎柔鱼栖息地空间分布变化
秘鲁渔场作为世界四大渔场之一,其形成机制主要源于上升流把海水中大量的海洋浮游生物和营养盐类物质带到海水表层[25]。由此,茎柔鱼渔场分布会因上升流强弱而发生一定的转移。2006—2011年7—12月的CPUE在经度上自西向东转移(图3),一定程度上可能是由于10—12月沿岸一侧形成了强劲的上升流[13]。同时,通过用秘鲁外海2006—2011年9—12月SST(分别变化±0.5℃和±1℃)预测其潜在栖息地,可以看出,SST降低1℃的潜在栖息地在其正常位置的北部,而增加1℃则在正常位置的南部(图7),这表明拉尼娜现象对渔场分布的影响比厄尔尼诺要向北偏移。
3.2 秘鲁外海茎柔鱼适宜温度
本研究表明,2006—2011年秘鲁外海海表温度变化趋势大致相同,12月至翌年5月海表温度普遍在20℃以上,而6—11月海表温度降到20℃以下(图11),同时茎柔鱼高产季节段在7—12月(图2),故秘鲁外海茎柔鱼适宜温度在7—12月份间选取,且在20℃以下。通过统计分析各月SST与SI之间的关系可知,秘鲁外海茎柔鱼的适宜温度范围为18～20℃(图4),这与胡振明等[11]的研究结论一致。通过秘鲁外海茎柔鱼CPUE值与卫星海表温度数据进行叠加可知,19℃叠加效果最好,而仅在12月份出现异常情况,这可能与12月份海表温度平均值高于20℃有关,19℃适宜温度指标不适用于12月份,同理也不适用于1—5月份。但由于高产月份分布在7—12月份,故选取19℃作为最适温度指标比较合适。
注:图中红色区域代表栖息地;蓝色区域代表海域
Note:The red area represents habitat;The blue area represents the sea area
图6 2006—2011年7—12月各月秘鲁外海潜在茎柔鱼栖息地分布与变化
Fig.6 M onthly potential habitats of Jum bo flying squidDosidicus gigasderived from satellite SST data associated w ith the corresponding CPUE values during July-December from 2006 to 2011
图7 2006—2011年9—12月基于卫星的海表温度增加±0.5℃和±1℃时秘鲁外海茎柔鱼潜在栖息地
Fig.7 M onthly(September-December)potential habitats of Jumbo flying squidDosidicus gigasderived from satellite SST data w ith increase in±0.5℃and±1℃in recent years(2006—2011)
注:方形点为拉尼娜事件起止点;圆形点为厄尔尼诺起止点
Note:Square point denotes the beginning and end of La Niña; Round point denotes the beginning and end of El Niño
图9 2006—2011年秘鲁外海茎柔鱼CPUE年际月平均变化
Fig.9 Changes in annual average monthly value of CPUE of Jumbo flying squidDosidicus gigasfrom 2006 to 2011
图10 2006—2011年秘鲁外海SST年际月平均变化
Fig.10 Changes in annual average monthly value of the SST off the coast of Peru from 2006 to 2011
图11 2006—2011年秘鲁外海SST月平均变化
Fig.11 Changes in monthly average value of the SST off the coast of Peru from 2006 to 2011
本研究中通过中国鱿钓船在秘鲁外海的生产统计数据,并结合实测和卫星遥感的海表温度数据,研究分析了水温变化对秘鲁外海茎柔鱼栖息地的影响,并对最适宜栖息地指标进行了探讨。需要注意的是,水温变化不是茎柔鱼栖息地变动的唯一因素,其同时也受到多种环境因素影响,如上升流和叶绿素浓度等因素,因而,在以后的研究和分析中,需进一步考虑多环境因素,并进行综合动态分析,以便更准确地分析水温变化对秘鲁外海茎柔鱼栖息地的影响。
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Impact of changes in water temperature on habitat of Jumbo flying squidDosidicus gigasoff the coast of Peru
Abstract：The effects of changes in water temperature on habitat of Jumbo flying squidDosidicusgigasoff the coast of Peru were studied based on the production data of squid jigging vessel of China off the coast of Peru in the years of 2006—2011,combining with surface temperature data of observing and satellite remote sensing and using Suitability Index Model depending on work times and catch per unit effort(CPUE)in order to get the suitable temperature index and to predicte the change in temperature impact on habitats of Jumbo flying squid.The results showed that the habitats of Jumbo flying squid weremoved from west to east in horizontal and from north to south in vertical with the warming sea temperature.The suitable temperature index in themonth of high production was observed at water temperature of 19℃.The production of Jumbo flying squid was drawdown when the phenomenon of El Niño happened,and the production was increased when the phenomenon of La Niña was found.
Key words：Dosidicus gigas;sea surface temperature;habitat;off the coast of Peru
中图分类号：Q175
文献标志码：A
DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.06.017
文章编号：2095-1388(2016)06-0685-07
收稿日期：2016-04-07
基金项目：农业部转产转业项目——江苏省海州湾海洋牧场示范项目(D-8006-13-8023,D8006-12-8018);国家公益性行业(农业)科研专项(201003068);海洋局公益性行业专项(20155014)