南海外海鸢乌贼栖息地分布与关键环境因子分析

摘要

南海是我国最大的陆缘海，渔业资源富饶，资源种类多样性明显。南海北部近海捕捞过度，渔业资源衰退，而中南部外海富含丰富的头足类以及金枪鱼类资源，却因南海外海主权争端、捕捞技术水平低、渔情预报信息匮乏等原因，外海渔业资源开发不足，尚处于初步开发阶段，具有较大的开发潜力。鸢乌贼（Sthenoteuthis oualaniensis）是一种暖水性较强的大洋头足类，在南海外海资源量丰富，并且因其生命周期短，生长速率快，繁殖能力强，肉质鲜美，具有较高的营养价值和药用价值，因此是南海外海主要捕捞鱼种之一。渔情预报技术在渔业生产捕捞技术的基础上，采用卫星遥感获取的环境数据分析渔场分布与环境因子的关系，并建立相关的模型，实现渔场预报。渔情预报技术的科学实施能够促进南海渔业的有效、均衡、可持续发展，从而更好地行使我国在南海外海的主权。
　　本研究利用2010-2014年南海外海鸢乌贼渔业捕捞数据以及海表面温度(SST)、海表面高度异常(SSHA)、净初级生产力(NPP)等环境数据，分析了各月南海SST、SSHA的分布特征、不同估算模型估算得到的NPP数据产品在传统渔区上的比较与分布，通过选择适用于南海外海鸢乌贼作业渔区的数据产品，分析鸢乌贼渔场与NPP之间的滞后效应，并分别基于标准化单位捕捞努力量渔获量(CPUE)和捕捞努力量采用外包洛法和算术平均法建立了栖息地指数模型，并对模型进行比较以得到较优的预报模型。本研究的主要研究内容、方法和结果包括以下：
　　（1）各月海表面温度分布差异较明显，各月的平均SST均超过25℃，在南海区域，海表面温度由南向北递减，在北部湾、雷州半岛和台湾岛附近形成低值区，而在7-9月份，均在越南陆架东部区域形成冷中心；各月海表面高度异常分布差异也较为明显，1、2、10-12月份的SSHA在沿海区域高于外海，4-8月的SSHA则在外海高于沿海区域，而3、9月处于过渡阶段；
　　（2）基于现有的VGPM、Eppley-VGPM和 CbPM三种模型估算的海洋净初级生产力8天和月平均数据，详细分析了2006-2015年这些产品在南海各传统渔区上年际变化、季节变化以及空间分布上的差异性。结果发现，三种模型估算的年际变化波动变化大的年份在2008-2012年间，同时通过已有研究发现，这5年里也是ENSO事件频发的年份，但具体的调控机制有待进一步研究；其次，各模型估算数据产品体现在各渔区上的季节规律具有不一致性；此外三种模型估算产品在空间上均能体现出沿岸海域和河口区高于开阔海区，深海盆地最低的特点，但三种模型估算的NPP值差异较大，以Eppley-VGPM模型估算值最高；
　　（3）在栖息地指数建模前，利用支持向量机方法对名义CPUE进行标准化，并取得较好的结果；同时考虑到标准化 CPUE与捕捞努力量之间的关系，检验了标准化CPUE与捕捞努力量之间的显著性差异，研究显示，标准化CPUE与捕捞努力量之间并无相关关系，可以作为两个独立变量进行栖息地指数建模；此外，考虑初级生产力反映食物链底端初级生产者的信息，而鸢乌贼的消费者不是初级生产者，因此从饵料的角度上考虑用相关系数分析和检验了鸢乌贼渔场对净初级生产力的滞后效应，研究显示，实时、滞后约一周、半个月、一个月、两个月、三个月、四个月的NPP均与名义CPUE具有较显著的弱相关性，而滞后约一个月的NPP与名义CPUE相关程度最高，因此最适合用于栖息地指数模型的构建；
　　（4）根据2010-2014年南海外海鸢乌贼渔业调查数据，结合海洋遥感所获得的SST、SSHA和NPP数据，采用外包络法分别基于标准化单位捕捞努力量渔获量和捕捞努力量按月计算适应性指数，利用算数平均法建立基于环境因子的月栖息地适应性指数分析模型。结果显示，基于标准化CPUE的HSI模型在2-9月的预报准确率分别为60.42％，62.89%，64.05%，50.34%，33.33%，50.00%，60.00%和22.22%；基于捕捞努力量的HSI模型在2-9月的预报准确率分别为66.67%，66.67%，66.01%，68.71%，48.48%，50.00%，60.00%和22.22%。研究指出，基于捕捞努力量的适应指数模型较标准化 CPUE的模型更适宜南海外海鸢乌贼渔场预报。
　　本研究的创新成果主要体现在以下：
　　（1）详细分析和比较了三种模型估算的净初级生产力数据产品在传统渔区上的分布特征，得到适宜应用于各渔区的净初级生产力产品；
　　（2）分析了净初级生产力与鸢乌贼渔场之间的滞后关系；
　　（3）采用支持向量机标准化南海外海鸢乌贼CPUE，并建立基于标准化CPUE和捕捞努力量的栖息地指数适应模型，采用海表面温度、海表面高度异常和净初级生产力三种环境因子。

目录

声明

第一章 引 言

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 研究目的与意义

1.4 研究内容和技术路线

第二章 材料与方法

2.1 材料来源及预处理方法

2.2 CPUE的标准化

2.3 渔场空间指标分析方法

2.4 环境因子分布特征研究方法

2.5 栖息地指数模型研究方法

第三章 南海主要环境因子分布特征

3.1 南海海表面温度和海表面高度异常的时空分布

3.2 净初级生产力卫星数据产品在传统渔区上的比较与分布

3.3 讨论与分析

第四章 南海外海鸢乌贼栖息地分布及与环境因子的关系

4.1 南海外海鸢乌贼渔业数据分布特征

4.2 栖息地指数模型分析

4.3 小结与讨论

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 研究中的不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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