基于海洋遥感和GIS的黄海鳀鱼种群时空动态及对海洋环境因子的响应

摘要

海洋是人类赖以生存和发展的基础，鱼类作为海洋生态系统的重要组成部分，为人类提供大量的优质蛋白，在食物保障方面发挥了重要作用。但随着捕捞力量加剧和气候变化的影响，海洋渔业资源遭到严重破坏。为应对人类活动和气候变化对海洋生物资源和环境的影响，国际组织推出了一系列全球性的海洋研究计划，海洋渔业资源对全球变化和人类活动的响应是目前正在进行的IMBER计划的重要内容之一。本研究以黄海生态系统的关键种鲲鱼为研究对象，基于1986-2010年其在我国重要的渔业海域黄海的底拖网调查数据，借助遥感获取的海洋环境因素数据，分析在捕捞压力和气候变化的双重影响下，其种群分布时空变动及其与海洋环境因素的关系，对于探索我国近海生态系统如何响应气候变化和人类活动具有重要意义，同时也为该海区的渔业管理和资源养护提供科学依据。在对黄海海洋环境因子进行遥感分析的基础上，本文主要进行了以下几方面的研究：
　　 首先，分析了黄海鲲鱼相对资源密度的季节变化和年际变化。季节变化结果显示，相对资源密度秋季最低，多数年份冬季最高；出现率冬季最高，多数年份秋季最低；相对资源密度和出现率均在春季到夏季时变化幅度最小。年际变化分析表明，1986年以来，鲤鱼相对资源密度在四个季节均呈下降趋势，以夏季下降幅度最小；但出现率的年际变化不大，冬、春季节略下降，夏、秋季节反呈上升趋势。
　　 其次，对黄海鳀鱼空间分布的季节变化和年际变化进行了深入研究。在利用资源丰度分布图定性分析的基础上，利用边界分布直方图定量分析了鳀鱼捕获站位及资源密度聚集区的年际变化，并结合GIS的空间统计和地统计，应用趋势面分析、热点分析、标准差椭圆等方法多角度、全方位阐明鳀鱼空间分布的季节变化和年际变化，并利用资源密度重心法分析了鲲鱼资源密度的迁移规律。结果表明，鳀鱼空间分布季节变化明显，冬季，鳀鱼资源密度由深水区向岸边逐渐递减；春季，与冬季相反，资源密度由岸边向深水区递减；夏季，整体上为由北向南递减趋势，但资源密度高值点散乱分布；秋季，与冬季相似，由深水区向岸边环形递减。自1986-2010年，春、夏、秋三个季节鳀鱼在空间上均向北移动，冬季无明显变化趋势：不同年份不同季节鳀鱼均沿经度123.5°-124°E范围内分布最多，但资源密度聚集区无明显分布趋势。
　　 第三，利用探索性空间数据分析(ESDA)方法分析鲲鱼空间分布特征的基础上，结合GIS技术，以Moran散点地图分析鲲鱼空间分布格局。大多数年份，鳀鱼呈空间集聚分布，但集聚程度各不相同。不同季节，鲤鱼空间分布格局年际变化差异显著，春季，鲲鱼分布呈“北高南低”趋势，但高高类型和低低类型站位数量比例年际变化较大：夏季，高高类型站位数量呈年际递增趋势；秋季，高高类型分布区北移；冬季高高类型主要集聚在深水区，低低类型则分布在沿岸浅水区和调查区域的北部，无明显年际变化趋势。
　　 第四，分析了鲲鱼分布和遥感获取的水温、叶绿素浓度的关系，结果表明，不同季节，鲲鱼分布在不同的适温范围内，1月份，鲲鱼分布与水温关系最为明显，主要分布在黄海暖流暖水舌右侧；尽管叶绿素浓度混有泥沙等其他信息，但冬季和春季鳀鱼分布与叶绿素浓度关系比较密切。在此定性分析基础上，利用广义可加模型(GAM)定量分析了海洋环境要素与各季节鲲鱼资源密度(CPUE)、出现率(P/A)的关系，以区分环境要素对鲲鱼资源量和地理分布的影响，并揭示不同季节的影响差异。对海洋环境要素与CPUE的关系分析发现：下网时间对四个季节的CPUE影响均较大，但不同季节影响方式不同；除秋季外，水深对CPUE均存在不同程度的影响；海表温度在冬季影响显著，夏秋季节次之，春季不存在相关性；叶绿素浓度在春季影响显著，冬季次之，夏秋季节无相关性；海表温度梯度仅在冬季有影响。
　　 对海洋环境要素与P/A的关系分析发现：除夏季外，下网时间对鲤鱼P/A存在显著影响，但影响趋势与CPUE不同；春夏水深对鳀鱼P/A影响显著，且影响趋势与CPUE相同；海表温度在冬季和夏季、叶绿素浓度在春季和冬季、海表温度梯度在冬季与P/A显著相关，影响程度较大。
　　 第五，利用鲲鱼适宜温度因子作为特征温度，研究越冬鲲鱼空间分布年际变动、空间分布格局与遥感获得的海表水温的关系，结果表明，水温变化影响越冬鲲鱼在纬度方向上的分布，而向岸分布程度则由黄海暖流年际变动决定；海水温度变化影响越冬鳀鱼资源密度的高高类型聚集区沿纬度方向的分布。