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气候变化背景下东南太平洋智利竹筴鱼资源评估模型研究

肖启华  
【摘要】:长期以来,受气候变化影响而产生的低频气候变化现象(如厄尔尼诺-南方涛动、太平洋年代际涛动、北大西洋涛动等)通过对鱼类个体的直接作用或生态系统食物链传递的间接作用影响着海洋鱼类。研究显示,近半个世纪以来,气候系统增加的净能量中有60%以上储存在海洋上层,中上层鱼类首当其冲地受到了气候变化的严重冲击。东南太平洋智利竹筴鱼(Chilean jack mackerel,Trachurus murphyi)是东南太平洋上一种重要的中上层经济鱼类,是秘鲁和智利两国围网渔业的捕捞对象、也是我国及其他远洋渔业国家大型拖网加工船的目标鱼种。以东南太平洋智利竹筴鱼为对象,研究气候变化变化背景下的资源评估模型,有助于建立具有气候变化适应性的、有效的渔业资源管理方法,为气候变化背景下渔业资源的可持续性开发提供科学参考。本研究首先利用智利竹筴鱼渔获量(Catch)、单位捕捞努力量渔获量(CPUE),以及表征气候变化的厄尔尼诺(El Ni?o)、南方涛动(SO)、大西洋涛动(NAO)、太平洋年代际涛动(PDO)等低频气候变化现象以及全球海气温度异常指标(dT)数据,运用相关性分析和神经网络模型建立了东南太平洋智利竹筴鱼渔获量预测模型、并在此基础上利用因子敏感性分析法识别了各气候变化表征因子对智利竹筴鱼渔获量的影响程度;然后,在剩余产量模型的基础上建立了智利竹筴鱼资源评估气候融合模型,以评估气候变化背景下东南太平洋智利竹筴鱼资源现状、构建使得渔业资源可持续发展的管理策略。主要研究结论如下:(1)通过相关性分析与互相关分析确定了相对独立的气候变化表征因子集{NINO、NAO、SOI、d T、PDO、NPI}以及各个因子的滞后阶数,并以此作为输入变量、智利竹筴鱼渔获量作为输出变量,建立了包含一个隐含层的三层神经网络模型。设定隐含层节点数m分别为3、4……13、制定了11套模型运行方案,运行模型,得到模型结果。利用预测标准差、效率系数、赤池信息准则等5个评价指标对各个方案进行评价,得到了最优的智利竹筴鱼渔获量预测模型。最优模型拟合结果显示:模型的Catch拟合值与观测值有基本一致的变化趋势、Catch观测值与拟合值散点图中散点基本聚集在直线y(28)1.071x左右,拟合效果良好。最后,对神经网络模型中的气候变化表征因子进行了因子敏感性分析,分析表明:模型的6个输入变量对智利竹筴鱼渔获量的影响大小从高到低分别为:NAO,PDO、NPI、NINO、d T以及SOI。(2)利用1986~2016年南太平洋渔业组织智利竹筴鱼渔获量和CPUE数据,建立了智利竹筴鱼剩余产量评估模型。设定模型参数内禀自然增长率r分别为均匀分布、正态分布和对数正态分布;环境容纳量K和可捕系数q为无信息先验分布(均匀分布)形成三个模拟方案,运行模型得到评估结果。模型结果显示:三个方案下参数的后验分布都与其先验概率分布差异很大,说明数据对参数的后验概率分布提供了足够的信息。三种方案的偏差信息准则值(DIC)显示均匀分布方案的拟合效果略胜一筹。三种方案下,各个生物学参考点指标:B_(MSY)、B_(MSY)/4、B_(2016),F_(0.1)、F_(MSY)、F_(2016)估算值比较接近。当前资源分析表明:三种方案下均显示智利竹筴鱼资源处于低于目标参考点但高于且非常贴近限制参考点的状态,这说明智利竹筴鱼资源还未出现过度捕捞(overfished)。但因为利竹筴鱼死亡系数小于死亡系数目标参考点,所以捕捞强度上,智利竹筴鱼目前还没到处于过度捕捞状态(overfishing)。(3)将NAO,PDO、NPI、NINO、d T和SOI共六个气候变化表征因子逐个加入资源评估剩余产量模型,得到六个气候融合模型。设定六个模型的参数先验分布均为均匀分布,运用贝叶斯分析法求解各模型,利用偏差信息准则值(DIC)从六个模型中挑选出拟合效果更好的两个模型:包含因子NAO以及包含PDO的气候融合模型。模型结果显示:两个模型的参数r、K以及q的后验分布都与其先验概率分布差异很大,说明数据对参数的后验概率分布提供了足够的信息。当前资源状态显示:两个模型下、当前资源量都处于目标参考点和限制参考点之间的,需要密切监控资源状态;但因为利竹筴鱼死亡系数小于死亡系数目标参考点,所以捕捞强度上,模型显示智利竹筴鱼目前还没到出现过度捕捞(overfishing)。(4)最后对普通资源评估模型的基准方案(均匀分布)以及资源评估气候融合模型一(含因子NAO)、模型二(含因子PDO)关于评估结果和决策分析结果方面进行了对比分析。通过对比三个模型的CPUE拟合值与真实值之间的误差,以及比较三个模型的偏差信息准则值(DIC),得到结论:包含因子NAO的气候融合模型的拟合效果最好。计算显示:三个模型的各个生物学参考点相关指标值存在一定的差异,总体来说,两个气候融合模型在生物学参考点指标B_(MSY)、B_(MSY)/4、B_(2016)的值上比较接近,且与普通评估模型有一定的差距。从当前资源状态看,三个模型都显示:智利竹筴鱼资源处于低于目标参考点但高于限制参考点的状态,说明资源还未出现过度捕捞状态(overfished);但气候融合模型显示的资源状态略好于普通资源评估模型。而在捕捞强度上,三个模型均显示智利竹筴鱼目前还没出现过度捕捞(overfishing)。设定模拟评估管理策略实施期限为2017~2026年、设定风险评估指标,分析对比三个模型下智利竹筴鱼的资源管理策略。分析显示:三个模型取到最高可捕量时的渔获率分别为0.16、0.22和0.18。三个模型可以取得的最高可捕量存在一定的差异,最高的是包含因子PDO的气候融合模型、为356.16万吨,最低的为普通资源评估模型的249.91万吨。三模型都达到最高可捕量时,管理措施实施后资源量的恢复情况以及资源恢复到健康水平的概率都比较低;但三个模型资源崩溃的风险有所不一,其中,普通资源评估模型最大、接近50%,而气候融合模型相对较小。根据“期望收益最大化风险最小化”原则,同时兼顾考虑管理措施实施后资源恢复到健康水平因素、资源崩溃的风险,调整得到三个模型的―最佳管理策略‖。可以发现:与普通资源评估模型比较,资源评估气候变化融合模型的渔获率稍高、为0.17~0.18,可捕量也相对较高;且普通资源评估模型的各项风险指标值与气候变化融合模型差异较大,从风险指标的角度看,气候融合模型比普通模型相对乐观,其资源崩溃的风险更小。


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