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卫星遥感渔场渔情分析应用研究——以西北太平洋柔鱼渔业为例

樊伟  
【摘要】:西北太平洋柔鱼渔业是我国当前最重要的远洋鱿鱼钓作业渔场,是我国远洋渔业的支柱性产业之一,提高渔获效率、保持渔场资源的稳定发展具有重要意义。海洋渔场渔情分析及预报能够帮助渔船减少燃油,降低生产成本,有助于提高渔获产量增加产值。在当前我国近海渔业资源衰退,大力发展远洋渔业的形势下,依靠卫星遥感、地理信息系统和人工智能技术等综合集成应用开展渔场渔情分析预报尤其具有现实意义。本文以卫星遥感海洋环境要素信息的渔场渔情分析应用为主线,以我国西北太平洋巴特柔鱼渔业为应用实例,分析总结了卫星遥感反演海洋环境要素信息(海表温度、海水叶绿素和海面高度)的基本原理、反演提取方法和渔场渔情分析应用的具体方法。在对西北太平洋柔鱼资源的时空分布规律及柔鱼同渔场环境要素关系研究的基础上,设计开发了柔鱼渔场渔情的速预报系统,并应用到实际生产信息服务中。论文的主要研究内容和取得的创新性成果包括: (1) 系统总结了卫星遥感海洋环境要素的渔场分析应用方法 通过对海洋渔场分布与各环境因子的关系、渔场形成机制、渔场类型划分和卫星遥感海洋环境要素(SST、叶绿素、海面高度)的反演方法等的理论分析综述,结合国内外的相关研究应用实例系统总结分析了卫星遥感反演主要海洋环境要素(SST、叶绿素、海面高度)的海洋渔场渔情分析应用方法。 (2) 揭示了西北太平洋柔鱼资源的时空分布规律 概括了柔鱼的生物学特征、生活习性及洄游规律,总结世界和我国西北太平洋柔鱼渔业的发展过程,分析了西北太平洋海域的自然环境基本特征。通过收集整理我国西北太平洋柔鱼捕捞数据,获取NASA提供的卫星遥感反演SST、叶绿素和海面高度三级数据产品和ARGO浮标观测数据,利用地理信息系统的等值线分析等空间信息可视化方法,重点研究并揭示了1995-2002年我国柔鱼捕捞生产的年度分布情况和总体分布特征,统计分析了柔鱼渔场随纬度、经度的时空分布变化;结合黑潮与亲潮两大流系的结构特征和时空演变规律,研究了西北太平洋海域柔鱼主要生产季节的SST变化与温度垂直分布特征、海水叶绿素和海面高度的空间分布及时空变化。结果显示:西北太平洋海域SST分布呈现纬度地带性,近岸海区等温线密集并发生弯曲,同一SST等值线表现出西高东低的趋势,整个海域存在两个显著的等温线密集区。温度的垂直分布表明渔场海域温度跃层较浅,盐度变化无显著跃层。叶绿素空间分布格局也大致东西纬向分异,黑潮暖水区叶绿素含量低,亲潮冷水区浓度高。海面高度分析显示35°N附近海面高度的正、负极值中心相间分布,下半年多为正值,上半年多为负值。渔场资源的分布格局同环境要素分布关系密切,资源密度高的海域同SST密集区十分吻合。此外,还采用空间地统计学的方法计算了170°E以西海域柔鱼资源的空间分布格局,认为柔鱼资源的空间分布主要由空间相 关所引起,随机变异较小。 (s)定量研究了柔鱼渔场及渔场环境要素间的关系 采用统计分析和GAM模型方法,得出了柔鱼及渔场环境之间的关系为:柔鱼的 适温范围大致为10一22℃,最适温度为15一17℃左右。柔鱼主要渔获产量分布在 0.1一0.6m岁m3叶绿素浓度范围内,叶绿素浓度处于0.12一0.14mg/m3之间时,渔场 出现频次最高,渔场出现的概率约为14~巧%左右。形成渔场海域的海面高度多高 于平均海面高度(SSH)0)。柔鱼在每年6一8月的北上索饵洞游和10一n月的南下 过程中同渔场环境要素的关系表现出显著不同的特征。6月份ssT与柔鱼产量相关 性较差,7一8月份ssT与柔鱼产量表现出正相关。9月份低温海域产量与SST呈 正相关,高温海域则负相关。10~11月份SST与渔获产量为负相关。6~10月份叶 绿素浓度同渔获产量多为负相关,叶绿素浓度为0.1一o.3mg/时时渔获产量较高, 其中8月份渔获海域叶绿素浓度较低,为 0.1一0.2mg/m3,10月份渔获海域的叶绿 素浓度明显比6一9月份为高,为0.2一0.3 mg/m3。11月份相关性较小,高产海域叶 绿素浓度大致为0.2一0.5 mg/m3。渔获产量与经度相关性较低,渔获产量整体上随 经度变化无显著变化。渔获产量与纬度的关系密切,6、7月份渔获高产海域主要位 于40一41ON线附近,以南海域的渔获产量同纬度有一定正相关性,以北海域为负 相关。8月份渔获产量随纬度的升高而增大,呈现出很好的正相关。9、10月份渔 获高产海域主要位于42“N线附近,9月份42”N以北海域渔获产量随纬度升高而 增大,10月份42“N以北海域渔获产量随纬度升高无显著变化。n月份渔获产量 随纬度的降低而增大。 (4)开发了萝北太平洋柔鱼渔场渔情速预报系统 以控件式地理信息系统(C。m〔粗s)和人工智能的范例推理技术为基础,在建立西 北太平洋柔鱼历史生产数据库、渔场环境数据库的基础上分别提取出渔场范例和环 境范例,并通过卫星通信传输获取准实时的渔场生产信息。系统的开发采用客户/ 服务器体系模式,服务端实现柔鱼综合数据库的存储功能并对客户端的请求做出应 答,客户端向服务器发出请求并执行应用系统的功能。较好地实现了渔场范例和环 境范例的自动生成、范例的检索浏览;渔场环境要素信息特征昵度、叶绿素、海


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