海表水溫變化對東南太平洋智利竹筴魚棲息地分布的影響

徐紅云，汪金濤，陳新軍，周為峰

（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200090；3.國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201306；4.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306；5.遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306）

海表水溫變化對東南太平洋智利竹筴魚棲息地分布的影響

徐紅云1，2，汪金濤1，5，陳新軍1，3，4，5，周為峰2

（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200090；3.國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201306；4.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306；5.遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306）

根據(jù)2003～2011年的東南太平洋智利竹箂魚（Trachurusmurphyi）生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及海表水溫（SST）數(shù)據(jù)，以經(jīng)緯度方向上偏移幅度和棲息地的鋪展面積作為衡量指標(biāo)，基于作業(yè)網(wǎng)次和單位捕撈努力量漁獲量用外包絡(luò)法建立各月的棲息地適應(yīng)指數(shù)模型，分析各月適宜棲息的海表水溫范圍。以2003～2011年各月歷史均溫為基礎(chǔ)，研究海表水溫分別升高和降低0.5、1、2℃，適宜棲息地的經(jīng)緯度偏移幅度與鋪展面積變化情況。結(jié)果顯示，東南太平洋智利竹箂魚的棲息地隨著SST的升高，有明顯的向南移動趨勢，5月、8月適宜棲息地面積逐漸減少，而6～7月份適宜棲息地面積則增加了；當(dāng)SST下降時，智利竹箂魚適宜棲息地有向北移動的趨勢，同時適宜棲息地面積增加。研究結(jié)果可用于分析厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象對東南太平洋智利竹箂魚棲息地以及漁場空間分布的影響。

海表水溫變化；東南太平洋；智利竹箂魚；棲息地面積變化

智利竹箂魚（Trachurusmurphyi）廣泛分布在南太平洋海域，從智利、秘魯專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)到新西蘭沿海的廣闊海域均有分布，是典型的中上層洄游魚類［1］，同時是東南太平洋漁業(yè)中重要的海洋經(jīng)濟(jì)魚類［2］。許多學(xué)者對東南太平洋智利竹箂魚的基礎(chǔ)生物學(xué)特性［3－5］、漁業(yè)資源狀況［6－8］以及漁場學(xué)［9－11］等做過相關(guān)的研究。棲息地分布研究是漁場學(xué)中的重要研究內(nèi)容之一［12－14］，運(yùn)用棲息地理論研究棲息地與環(huán)境因子的關(guān)系，以及環(huán)境因子對棲息地變化的影響研究，能夠?yàn)闈O業(yè)資源評估與管理提供可靠的情報［15－18］。海表水溫是魚類棲息地研究、漁場海況分析以及預(yù)報中需要考慮的重要海洋環(huán)境因子之一［19］，海表水溫的異常變動（如因ENSO事件等引起的）會影響魚類的棲息環(huán)境，進(jìn)而影響魚類的棲息、生長、繁殖、洄游等，適宜棲息位置以及范圍也會發(fā)生變化。為此，本文利用2003～2011年我國大型拖網(wǎng)獲得的東南太平洋智利竹箂魚生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合相應(yīng)的海表水溫數(shù)據(jù)，通過棲息地適應(yīng)指數(shù)模型研究在海表水溫變動的情況下，適宜棲息地的經(jīng)緯度偏移幅度與鋪展面積的變化，以期為智利竹箂魚資源可持續(xù)利用和科學(xué)管理提供基礎(chǔ)研究。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

（1）東南太平洋智利竹箂魚漁獲生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于中國遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)會大型拖網(wǎng)漁業(yè)工作組，時間跨度為2003～2011年?？臻g分辨率1° ×1°，時間分辨率為月。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括作業(yè)位置、作業(yè)時間、漁獲量和作業(yè)網(wǎng)次。

（2）東南太平洋海域海表水溫數(shù)據(jù)（sea surface temperature，SST）來源于NOAA Ocean Watch，網(wǎng)址為http：//www.oso.noaa.gov/poes/?？臻g分辨率為1°×1°，時間分辨率為月；空間范圍為78°W～120°W、46°S～25°S。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

（1）將漁業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)與海表水溫數(shù)據(jù)處理成時間分辨率為月、空間分辨率為1°×1°的格式，并且計算單位捕撈努力量漁獲量（catch per unit of effort，CPUE），CPUE的計算公式為：

（2）通常認(rèn)為，作業(yè)網(wǎng)次可以代表魚類出現(xiàn)或漁業(yè)資源被利用情況的指標(biāo)［20］，CPUE可作為漁業(yè)資源密度指標(biāo)［21］，本研究分別利用作業(yè)網(wǎng)次和CPUE與SST建立適應(yīng)性指數(shù)（suitability index，SI）模型［22］，通過比較采用最適宜的模型。

本研究假定每月中出現(xiàn)最高作業(yè)網(wǎng)次NETmax和最大的區(qū)域CPUEmax為智利竹箂魚資源分布最多的海域，認(rèn)定其適應(yīng)性指數(shù)SI為1；而作業(yè)網(wǎng)次和CPUE為0時，則認(rèn)為是智利竹箂魚資源分布很少的海域，SI為0［23］。分別以作業(yè)網(wǎng)次和CPUE為基礎(chǔ)與SST建立SI模型，SI的計算公式如下：

式（2）、式（3）中：SIi，NET為i月以作業(yè)網(wǎng)次為基礎(chǔ)獲得的適應(yīng)性指數(shù)；NETi，max為i月的最大作業(yè)網(wǎng)次；SIi，CPUE為i月以CPUE為基礎(chǔ)獲得適應(yīng)性指數(shù)；CPUEi，max為i月的最大CPUE。

利用外包絡(luò)法將每月的各海表水溫對應(yīng)的最大SI值連成曲線［22］，分別繪制作業(yè)網(wǎng)次和CPUE對SST的SI曲線，利用Excel對該一元二次曲線分段進(jìn)行參數(shù)求解。通過此模型將SI與SST兩離散變量的關(guān)系轉(zhuǎn)化為連續(xù)隨機(jī)變量關(guān)系，其中SST對應(yīng)的高產(chǎn)頻次代表SST±0.25℃范圍內(nèi)的高產(chǎn)頻次［24］。對每個月的基于作業(yè)網(wǎng)次和CPUE的SI模型（SI-net和SI-cpue）進(jìn)行比較，確定最佳的模型的棲息地適應(yīng)指數(shù)為HSI。

（3）HSI模型驗(yàn)證

根據(jù)上述建立的模型，分別求出1～12月的兩個模型的SI值，劃分為0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1.0這5個等級［25］，統(tǒng)計SI＞0.6等級內(nèi)的累積作業(yè)網(wǎng)次和累積產(chǎn)量，并分別計算其占每月總作業(yè)網(wǎng)次和累積產(chǎn)量的比重。假定認(rèn)為，在HSI大于0.6的海域，被認(rèn)為是智利竹箂魚適宜的棲息地［25］。

（4）海表水溫變動下的棲息地分布

以2003～2011年各月歷史平均海表水溫為基準(zhǔn)水溫，利用海表水溫異常（sea surface temperature anomaly，SSTA），也稱海表水溫距平，來反映2003～2011年間的海表水溫年際差異，海表水溫異常的計算公式為［26］：

式（4）中：SSTAi為第i年的海表水溫異常值，SSTi為第i年的海表水溫值，為2003～2011年平均海表水溫。

因智利竹箂魚的漁場分布與季節(jié)明顯相關(guān)，5～8月份為漁汛旺期［10］，因此本文研究以5～8月份為案例，分析在基準(zhǔn)海表水溫分別增加或減少0.5℃、1℃、2℃情況下智利竹箂魚適宜的棲息地變化。利用Arcgis 10.2模擬海表水溫變化情況下HSI的空間分布圖來分析經(jīng)緯度偏移幅度變化，并利用該軟件的統(tǒng)計功能求出適宜的棲息地鋪展面積變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 作業(yè)網(wǎng)次、CPUE與SST的關(guān)系

從圖1中SI與SST的函數(shù)關(guān)系可知，基于作業(yè)網(wǎng)次的智利竹箂魚適宜棲息地1～12月SST的適宜范圍分別為17.3～21.2℃，16.3～20.6℃，14.8～19℃，11.5～14.4℃，11.7～14.6℃，11.9～14.0℃，12.0～14.6℃，13.5～15.2℃，14.5～16.2℃，14～16.6℃，15～18.1℃，14～17.4℃；基于CPUE的智利竹箂魚適宜棲息地1～12月SST的適宜范圍分別為17.3～21.2℃，13.5～17.5℃，11.9～15.8℃，11.5～14.4℃，11～14℃，11.9～14℃，12～14.6℃，12.9～14.6℃，14.5～16.2℃，14～16.6℃，15～18.1℃，14～17.4℃。

2.2 HSI模型比較與驗(yàn)證

在基于作業(yè)網(wǎng)次和CPUE的HSI模型基礎(chǔ)上，統(tǒng)計12個月的產(chǎn)量比重、作業(yè)網(wǎng)次比重以及平均CPUE（表1），由表1可見，這兩個模型只有2、3月和5月的產(chǎn)量比重、作業(yè)網(wǎng)次比重以及平均CPUE值存在差異。除極個別月份以外，基于CPUE所獲得的棲息地指數(shù)大于0.6海區(qū)的產(chǎn)量、作業(yè)網(wǎng)次比重較基于作業(yè)網(wǎng)次的產(chǎn)量比重和作業(yè)網(wǎng)次比重更符合漁業(yè)的生產(chǎn)情況。

圖1 1～12月基于作業(yè)網(wǎng)次和CPUE的SI曲線Fig.1 M onthly curve of suitability index based on fishing effort and CPUE

圖1 （續(xù)） 1～12月基于作業(yè)網(wǎng)次和CPUE的SI曲線Fig.1（Continued） M onthly curve of suitability index based on fishing effort and CPUE

圖1 （續(xù)） 1～12月基于作業(yè)網(wǎng)次和CPUE的SI曲線Fig.1（Continued） M onthly curve of suitability index based on fishing effort and CPUE

表1 基于作業(yè)網(wǎng)次與CPUE的HSI模型（HSI＞0.6）的比較與驗(yàn)證Tab.1 Com parison of different HSI models（HSI＞0.6）based on fishing effort and CPUE

2.3 2003～2011年東南太平洋海表水溫的年際差異變化

從圖2可知，2003～2011年東南太平洋海表水溫異常波動變化明顯，在－0.2～0.2℃范圍內(nèi)波動，最大的正異常值在2009年，最大的負(fù)異常值在2007年。高于平均海表水溫的年份有2003年、2005年、2008年和2009年；低于平均海表水溫的年份有2004年、2006年、2007年、2010年和2011年。

圖2 2003～2011年間海表水溫的年際變化Fig.2 Annual variability of SST during 2003－2011

2.4 漁汛旺期海表水溫變化對智利竹筴魚棲息地分布的影響

（1）海表水溫升高時棲息地的變化

隨著SST上升0.5℃、1℃、2℃時，智利竹箂魚適宜棲息地逐漸向南移動（圖3）。5月份，SST上升0.5℃時，適宜的棲息地向南移至41°S～46°S；SST上升1℃時，適宜的棲息地移至41.5°S～46°S；上升2℃時43°S～46°S。6月份，SST上升0.5℃時，適宜的棲息地向南移至39.5° S～42°S處；SST上升1℃時，移至40.5°S～43°S附近；上升2℃時，適宜的棲息地向南移至41.5° S～44.5°S處；

7月份，SST上升0.5℃時，適宜的棲息地向南移至37°S～40.5°S附近；SST上升1℃時，移至37.5°S～41°S處；上升2℃時，向南移至39°S～42.5°S附近。8月份，SST上升0.5℃時，適宜的棲息地向南移至36.5°S～38.5°S；SST上升1℃時，向南移至37°S～39.5°S；上升2℃時，移至38°S～41°S。

圖3 海表水溫升高時智利竹筴魚適宜棲息地分布情況Fig.3 M onthly suitable habitats of Trachurusmurphyi w ith increased SST

由表3可知，5～8月份智利竹箂魚的適宜棲息地隨著SST上升變化明顯，5～8月份SST上升0.5℃、1℃、2℃時，5月份適宜棲息地面積分別減少了1.7%、6.7%、38.2%，6月份適宜棲息地面積分別增加了2.2%、5.3%、7.8%；7月份增加了0.6%、1.6%、5.0%；8月份減少了0.9%、2.8%、0.3%。

（2）海表水溫降低時棲息地的變化

隨著SST下降0.5℃、1℃、2℃，適宜的棲息地逐漸向北移動（圖4）。5月份，SST下降0.5℃時，適宜的棲息地向北移至40°S～44°S附近；SST下降1℃時，繼續(xù)向北移至39°S～43°S；下降2℃時，移至38°S～42°S。6月份，SST下降0.5℃時，適宜的棲息地向北移至38°S～41°S；SST下降1℃時，向北移至39°S～40.5°S；下降2℃時，繼續(xù)向北移至36°S～39°S。

7月份，SST下降0.5℃時，適宜的棲息地向北移至35.5°S～39.5°S；SST下降1℃時，向北移至35°S～38.5°S；下降2℃時，移至34°S～37°S。8月份，SST下降0.5℃時，適宜的棲息地向北移至35°S～37°S附近；SST下降1℃時，向北移至34.5°S～36.5°S；下降2℃時，移至33°S～35.5° S。

表3 5～8月智利竹筴魚適宜棲息地面積隨海表水溫上升變化情況Tab.3 M onthly area of suitable habitats of Trachurusmurphyi under the increase of SST

圖4 海表水溫降低時智利竹筴魚適宜棲息地分布情況Fig.4 M onthly suitable habitats of Trachurusmurphyi w ith declined SST

由表4可知，5～8月份智利竹箂魚的適宜棲息地面積隨SST下降呈增加趨勢。其中在5～8月SST下降0.5℃、1℃、2℃時，5月份適宜棲息地面積變化不明顯，分別減少了0.3%、0.3%、0.4%；6月份的適宜棲息地面積分別增加了0.6%、0.9%和4.9%；7月份的適宜棲息地面積分別減少了0.3%和增加了0.2%、3.3%；8月份的適宜棲息地面積分別減少0.6%和增加了0.6%、5.4%。

3 討論

3.1 智利竹筴魚棲息地與海表水溫的關(guān)系

智利竹箂魚是重要的經(jīng)濟(jì)種類，其生產(chǎn)具有季節(jié)性［5］。海表水溫作為一個重要的環(huán)境因子，對智利竹箂魚的棲息地分布具有重要的影響［19］。不管基于CPUE還是基于作業(yè)網(wǎng)次，最適宜SST分布具有明顯的季節(jié)性，本文在基于CPUE的棲息地指數(shù)模型中，可以看出秋季（3、4、5月份）適宜的棲息地主要分布在11～16℃的SST范圍內(nèi)，冬季（6、7、8月份）的適宜SST范圍為11～15℃，春季（9、10、11月份）和夏季（12、1、2月份）的適宜SST范圍分別為14～18℃和13～21℃，而張衡等［10］在東南太平洋智利竹箂魚的漁場以及CPUE分布的研究中發(fā)現(xiàn)，智利竹箂魚在秋、冬、春、夏四個季度中，產(chǎn)量比重分別在12～13℃、11～14℃、14～18℃、14～17℃較高，跟本研究中的結(jié)果具有一致性，雖然本文研究的是智利竹箂魚漁場與海表水溫的月變化，但也能反映東南太平洋智利竹箂魚的生產(chǎn)季節(jié)性。研究認(rèn)為，智利竹箂魚在研究海域內(nèi)，SST變化對棲息地的影響，經(jīng)度方向上的偏移幅度很小，緯度方向上偏移幅度明顯。

3.2 海表水溫異常對于智利竹筴魚漁場分布的影響

智利竹箂魚屬于中上層魚類，SST對中上層魚類資源量影響非常大［27－28］。ENSO事件能夠引起海表水溫的變化，使得海表水溫異常。本文根據(jù)2003～2011年的SST數(shù)據(jù)，計算出這九年的海表水溫異常值，高于平均海表水溫的年份有2003年、2005年、2008年和2009年，低于平均海表水溫的年份有2004年、2006年、2007年、2010年和2011年。根據(jù)相關(guān)資料顯示，2005～2006年、2008～2009年都發(fā)生了厄爾尼諾現(xiàn)象，而2007年底到2008年、2010年底至2011年都發(fā)生了拉尼娜現(xiàn)象［26］，這與海表水溫異常的變化具有相同的規(guī)律性。

本研究是在歷年均溫的基礎(chǔ)上，研究均溫變化0.5℃、1℃和2℃的時候，智利竹箂魚棲息地在經(jīng)緯度方向上的偏移幅度和棲息地鋪展面積變化情況，因此本研究可對厄爾尼諾年和拉尼娜年的漁場預(yù)報提供依據(jù)。厄爾尼諾年，水溫升高，將其與正常年份的漁場進(jìn)行比較，預(yù)報出厄爾尼諾年漁場向南偏移，適宜棲息地鋪展面積變化明顯，反之對于拉尼娜年，漁場向北移動，而是適宜棲息地鋪展面積會有適當(dāng)?shù)脑黾印?/p>

3.3 模型分析

本研究中對于基于作業(yè)網(wǎng)次與CPUE的HSI模型進(jìn)行比較時，發(fā)現(xiàn)比較的參量沒有可比較性，而本文選取CPUE模型，主要考慮作業(yè)網(wǎng)次比重和產(chǎn)量比重，沒有考慮到平均CPUE以及這3個參量的共同關(guān)系，雖然有研究表明平均CPUE更能反映智利竹箂魚的應(yīng)激反應(yīng)和游動速度與捕撈量的關(guān)系［22］，但前期作者對基于作業(yè)網(wǎng)次模型進(jìn)行驗(yàn)證時，發(fā)現(xiàn)該模型SI值與實(shí)際產(chǎn)量分布并不能很好地擬合。因此可能是數(shù)據(jù)誤差或者建立的模型誤差原因?qū)е?。并且發(fā)現(xiàn)海表水溫升高1℃時，5月份適宜的棲息地范圍明顯減小，并且分布于漁區(qū)的最南端，導(dǎo)致所計算的面積下降比重很大，但可能因?yàn)闈O區(qū)的范圍限制，適宜的區(qū)域向南移，并且分布于漁區(qū)外，以至于沒有計算入內(nèi)。

表4 5～8月智利竹筴魚適宜棲息地面積隨海表水溫下降變化情況Tab.4 M onthly area of suitable habitats of Trachurusmurphyi under the decline of SST

3.4 模型和研究的完善

由于本研究的篇幅有限，對于海表水溫的變化范圍只研究了5～8月份分別升高和降低0.5℃、1℃和2℃六種情況，而實(shí)際情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些情況，所以在今后應(yīng)研究海表水溫的更多變化范圍和更多月份，為東南太平洋智利竹箂魚生產(chǎn)提供更詳細(xì)的漁情信息；文章采用了海表水溫作為建模的因子，但影響智利竹箂魚的棲息地分布的因子可能不止這一個，在以后的研究里，棲息地的模型應(yīng)考慮采用更多因子如葉綠素濃度、海表水溫梯度等，研究這些因子的變化對棲息地的影響，以及多重因子的變化對棲息地的共同作用。

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Influence of sea surface temperature changes on Chilean jack mackerel（Trachurusmurphyi）habitat in the Southeast Pacific

XU Hong-yun1，2，WANG Jin-tao1，5，CHEN Xin-jun1，3，4，5，ZHOUWei-feng2
（1.College of Marine Sciences，Shanghai Ocean University，Shanghai201306，China；2.Key Lab of East China Sea＆Ocean Fishery Resources Exploitation and Utilization，Ministry of Agriculture，Shanghai200090，China；3.National Engineering Research Center for Oceanic Fisheries，Shanghai 201306，China；4.Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic FisheriesResources，Ministry of Education，ShanghaiOcean University，Shanghai201306，China；5.Collaborative Innovation Center for Distant-water Fisheries，Shanghai 201306，China）

According to Chilean jack mackerel（Trachurusmurphyi）fishery-dependent data and sea surface temperature（SST）by remote sensing during 2003－2011，the externalmethod was used to build monthly habitat suitability index（HSI）based on fishing effort，CPUEandSSTwith the offset amplitude in latitude and longitude and the spreading area of habitat as the variation index.Then themonthly suitable SST ranges of Chilean jackmackerelwere analyzed.The changes of the offset amplitude in longitude，latitude and habitat areas were discussed when themonthly SST increased and decreased respectively by 0.5℃，1℃and 2℃based on monthly averageSSTduring 2003－2011.The results indicated that Chilean jack mackerel habitat had an obvious southward shifting tendency，and the area of habitat would decrease in May and August but increase in June and July with the increasedSST.WhileSSTdeclined，the Chilean jack mackerel habitat showed a trend tomove northwards，and suitable habitatwould increase.The research suggests that the idea of this article can be used to study how EINino and La Nina events affect Chilean jack mackerel habitat and its spatial distribution of fishing grounds in the Southeast Pacific.

SSTchanges；Southeast Pacific；Chilean jack mackerel；habitat area changes

S 931.1

A

1004－2490（2016）04－0337－11

2015－11－30

海洋局公益性行業(yè)專項(xiàng)（20155014）；國家科技支撐計劃（2013BAD13B01）；國家863計劃（2012AA092303）

徐紅云（1990－），女，碩士研究生。E-mail：1477691766＠qq.com

陳新軍，教授。Tel：021－61900306；E-mail：xjchen＠shou.edu.cn