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气候与海洋环境变化对东黄海鲐鱼栖息地时空变动的影响

郭爱  
【摘要】:鲐鱼(Scomber japonicus)广泛分布在西北太平洋以及中国东黄海海域,其生态和经济价值较高,目前是中国、日本和韩国等国家重要的捕捞对象。鲐鱼是一种季节性洄游的鱼类,作业渔场的分布与其洄游路线密切关联。作为一种生命周期较短的中上层经济鱼种,鲐鱼的资源丰度和空间分布受到不同时空尺度气候变化和海洋环境的显著影响,其栖息地和资源量年际变化显著。因此,构建精确的鲐鱼栖息地模型,探索鲐鱼资源响应气候变化的生态过程对于有效开发鲐鱼渔场,可持续利用和科学管理鲐鱼资源具有积极意义。为此,本文开展了鲐鱼的栖息地模型研究,综合考虑了输入变量环境因子的权重以及时空尺度问题,以及探索了鲐鱼栖息地变动对不同ENSO强度和全球海洋增暖等气候变化的响应规律,最终构建了基于气候和环境因子的鲐鱼资源量评估模式。主要研究结果如下:(1)鲐鱼栖息地模型的环境因子权重设置。7-9月对应的鲐鱼最佳栖息地模型权重设置方案分别为方案5(SST为0.5,GSST为0.25,SSH为0.25),方案6(SST为0.8,GSST为0.1,SSH为0.1)方案1(SST为0,GSST为1,SSH为0)。利用最佳权重的HSI模型来预测2012年7-9月鲐鱼渔场内HSI,并与实际作业数据进行匹配,结果可以看出鲐鱼渔场内适宜的栖息地作业次数和产量所占比重7月份分别为85.87%和92.55%,8月份分别为76.74%和86.69%,9月份分别为51.83%和56.11%,说明各月最佳权重的HSI模型可以很好地预测鲐鱼渔场内的栖息地适宜性。(2)鲐鱼栖息地模型输入变量的时空尺度分析。时间尺度为月,空间尺度为1°×1°的时空分辨率是构建东黄海鲐鱼栖息地指数模型的最佳时空尺度。此时空尺度所预测的适宜栖息地内作业次数比重占75.42%,而在不适宜的栖息地内占比为12.93%,与其他时空尺度的结果对比具有显著优势。利用2012年生产数据进行验证,结果同样发现HSI0.6的范围内平均作业次数比重为60.89%,而在HSI0.4的海域范围内时,平均作业次数比重为13.88%,这说明该时空尺度的栖息地模型能够很好的预测鲐鱼的渔场中心位置。(3)不同强度ENSO事件下鲐鱼栖息地变动规律。基于算术平均法的栖息地模型能够较好地预测鲐鱼渔场栖息地适宜性指数。空间相关性结果表明,鲐鱼渔场主要作业海域范围内海表温度异常(SSTA)与栖息地指数值(HSI)呈显著正相关关系,而海表面高度异常(SSHA)与HSI呈显著负相关关系。不同强度厄尔尼诺和拉尼娜事件对鲐鱼种群影响不同,具体表现为:相对于中强度厄尔尼诺事件(或中强度拉尼娜事件),超强厄尔尼诺事件(或强拉尼娜事件)驱动鲐鱼主要作业海域内温度下降(或上升),海面高度上升(或降低),鲐鱼渔场适宜栖息地面积显著减少(或增加),导致鲐鱼单位捕捞努力量渔获量(CPUE)骤减(或显著增加)。(4)全球海洋水温变化不同水平条件下鲐鱼栖息地时空分布的变动规律。在SST上升时,东黄海鲐鱼的栖息地明显北移,且适宜的鲐鱼栖息地面积增减比重范围为-73.1%-44.7%;而在SST下降时,东黄海鲐鱼的栖息地明显南移,其适宜的栖息地面积增减比重范围为-54.9%-123.4%。(5)鲐鱼资源与海洋净初级生产力关系。2006-2015年鲐鱼产量、CPUE、经度和纬度重心呈现明显的月份和年际变化,7-9月渔场内净初级生产力空间分布模式不同,且7-9月鲐鱼对应的适宜净初级生产力浓度范围分别为300-500 mg C/m~2/day,300-400 mg C/m~2/day,300-400 mg C/m~2/day。鲐鱼资源丰度与适宜净初级生产力海域范围比例呈显著正相关,且鲐鱼纬度重心与适宜净初级生产力海域平均纬度呈显著正相关关系。在鲐鱼主要分布海域25~o-30~oN,120~o-130~oE范围内,鲐鱼资源丰度与净初级生产力大小呈显著负相关关系。此外,不同气候条件下鲐鱼渔场净初级生产力大小变化不同。(6)基于气候和环境因子的鲐鱼资源量评估。PDO与CPUE残差无显著相关系关系,而6月份鲐鱼产卵场内的SST以及Ni?o3.4区SSTA与鲐鱼CPUE残差相关系最高,并选择该两个因子构建鲐鱼资源量的预测模型。发现加入以上2个因子的鲐鱼渔获量模型拟合结果显著优于其他模型。因此,结果说明鲐鱼产卵场的海表温度变化以及Ni?o3.4区SSTA对鲐鱼资源量具有显著影响,需要根据两个海域的温度变化来确定鲐鱼最终的可持续产量,合理制定相应的渔业管理政策。综上所述,利用栖息地模型预测中国东黄海鲐鱼渔场时需要综合考虑环境因子的权重以及模型输入变量的时空尺度。此外,大/中尺度的气候变化例如不同强度的厄尔尼诺和拉尼娜事件以及全球海洋水温变化对鲐鱼栖息地的时空分布具有显著影响,未来评估其资源量需要综合考虑不同的气候和环境因素,构建多元环境因子的鲐鱼资源评估模型有利于更精准管理鲐鱼的渔业资源。


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