不同环境因子权重对东海鲐鱼栖息地模型的影响研究

鲐鱼（Scomber japonicus）是栖息在西太平洋沿岸的中上层鱼类,了解其栖息地分布及其与海洋环境因子的关系有助于合理开发和管理该资源。本文根据2003-2011年7-9月中国东海鲐鱼的生产数据,采用正态分布函数分别构建海表面温度（sea surface temperature,SST）、海表温梯度（gradient of sea surface temperature,GSST）和海表面高度（sea surface height,SSH）与作业次数的适应性指数（suitability index,SI）,基于不同权重的算术平均法（arithmetic weighted model,AWM）分别建立栖息地指数（habitat suitability index,HSI）模型,并用2012年7-9月生产数据进行验证。结果显示,7、8、9月各月最佳HSI模型的SST、STG和SSH的权重分别为0.5、0.25、0.25,0.8、0.1、0.1和0、1.0、0,利用2012年7-9月生产数据与环境数据对各月份最佳权重HSI模型进行验证,在HSI>0.6的海域,7、8、9月各月作业次数比重和产量比重分别为85.87%和92.55%,76.74%和86.69%,51.83%和56.11%。研究表明,不同月份的环境因子对鲐鱼渔场分布的影响程度不同,本研究为更好地预测鲐鱼栖息地奠定了基础。     

基于表层及温跃层环境变量的南太平洋长鳍金枪鱼栖息地适应性指数模型比较

为了量化比较海表层环境及温跃层环境对南太平洋长鳍金枪鱼渔场分布的影响程度;本研究采用2010-2012年南太平洋长鳍金枪鱼延绳钓渔船实际生产统计数据;结合卫星遥感所获取的海表面温度（sea surface temperature;SST）和海表面高度（sea surface height;SSH）数据以及Argo浮标所获取的温跃层上、下界水温和深度数据;运用外包络法分别构建了基于海表层环境变量、温跃层上界环境变量以及温跃层下界环境变量的3种栖息地适应性指数（habitat suitability index;HSI）模型。模型验证结果显示;基于海表层环境变量的HSI模型;HSI>0.6时所占产量比重为70.04%;投钩数量比重为70.86%;HSI>0.8时所占产量比重为24.92%;投钩数量比重为25.79%;基于温跃层上界环境变量的HSI模型;HSI>0.6时所占产量比重为82.17%;投钩数量比重为80.95%;HSI>0.8时所占产量比重为33.24%;投钩数量比重为32.69%;基于温跃层下界环境变量的HSI模型;HSI>0.6时所占产量比重为81.01%;投钩数量比重为81.54%;HSI>0.8时所占产量比重为43.51%;投钩数量比重为43.73%。研究发现;基于温跃层上界和下界环境变量的两个HSI模型预报精度明显高于基于表层环境变量的HSI模型;且基于温跃层下界环境变量的HSI模型预报精度高于基于温跃层上界环境变量的HSI模型。研究结果表明;相较于海表层环境;温跃层环境;尤其是温跃层下界环境特征对南太平洋长鳍金枪鱼资源分布的影响更为显著。     

基于栖息地指数的西北太平洋日本鲭渔情预报模型构建

根据2014?2017年5?11月西北太平洋公海灯光围网日本鲭(Scomber japonicus)生产数据,结合同期的环境遥感数据,分别基于捕捞量和作业次数,构建日本鲭栖息地适宜性指数(Habitat Suitability Index,HSI)模型。选取海表水温、海面高度异常和叶绿素a浓度,采用一元指数回归拟合,建立各个环境变量的适应性指数模型,并利用线性规划方法确定各环境因子的权重,从而提高日本鲭HSI模型对渔场的预报精度。利用2018年5?11月的实际捕捞数据对模型进行预报准确率验证,在基于渔获量和作业次数构建的HSI模型中,HSI大于0.7的海域,渔获量平均占比分别为77.29%、76.79%,这表明基于不同权重环境因子的HSI模型能够较好地预测西北太平洋公海日本鲭中心渔场。     

基于栖息地指数的西北太平洋柔鱼渔获量估算

西北太平洋柔鱼是世界大洋性经济柔鱼类之一,估算其渔获量是科学管理柔鱼资源的重要基础。根据2003-2008年8～10月西北太平洋柔鱼生产统计数据,结合环境遥感数据,包括海表温度(SST),海表温梯度(GSST)及海表高度(SSH),利用栖息地适宜性指数(HSI)模型定性描述资源密度分布与其栖息环境之间的关系,同时在假设捕捞努力量时空分布相同的情况下,建立了各作业渔区渔获量与HSI之间的关系。结果表明,单位渔区(经纬度0.5°×0.5°内周平均渔获量与HSI之间呈现显著的正相关,并建立了最适关系的指数模型,以及单位渔区内周最大可能渔获量与HSI之间的线性关系式。当HSI较低(0～0.1)或较高(0.9～1)时,其预测的渔获量相对误差较大,并对误差产生的原因进行了分析。研究结果表明,利用基于栖息地指数模型来预测柔鱼可能的渔获量是可行性。     

应用栖息地适宜性指数研究海州湾小黄鱼的空间分布特征

为研究海州湾小黄鱼(Larimichthys polyactis)的空间分布特征。于2011、2013及2014年的春、秋两季在海州湾进行了渔业资源与栖息环境综合调查,根据调查结果和同步采集的底层水温、底层盐度及水深数据,构建了海州湾小黄鱼的栖息地适宜性指数(Habitat suitability index,HSI)模型,利用赤池信息量准则值(Akaike information criterion,AIC)检验算术平均法(AM)和几何平均法(GM)的拟合度,对模型输出结果进行分析和比较。研究表明:除秋季的水深外,其余各环境因子与适宜性指数间均呈现明显的正态或偏正态关系。通过AIC检验发现,春季用几何平均法拟合栖息地适宜性指数的效果较好,而秋季用算术平均法拟合的效果较好。小黄鱼的最适栖息地存在明显的年间变化和季节变化,春季HSI高值区域多集中于34.7°N,120.2°E附近海域;秋季HSI高值中心位于34.5°N~34.7°N,120.0°E~120.2°E附近海域。研究结果表明,栖息地适宜性指数模型能够较好地反映海州湾小黄鱼栖息地的分布和变化情况,在单因素SI极小值出现频率较高的情况下,算术平均法要优于几何平均法。     

印度洋海表盐度预报的线性马尔可夫模型及其改进办法

海洋盐度在水循环、海洋环流、海洋生态系统、全球天气和气候变化等方面起着至关重要的作用。然而, 受观测的限制, 以往对海洋盐度的研究相对匮乏, 对其进行预报的工作更为少见。本文采用线性马尔可夫模型对印度洋海表面盐度(sea surface salinity, SSS)开展初步的预报工作。根据混合层盐度收支方程, 选择海表面高度(sea surface height, SSH)、海表面温度 (sea surface temperature, SST)、SSS等物理量的异常值作为模型的组成部分, 对印度洋SSS开展预报工作。结果表明, 马尔可夫模型可提前9个月对印度洋SSS进行较好的预报。此外, 南太平洋海表面温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA), 海表面高度异常(sea surface height anomaly, SSHA)和印度洋偶极子(Indian Ocean dipole, IOD)系数等遥相关因素的加入可将线性马尔可夫预报对印度洋SSS的预报效果(相关系数)平均提高10%。利用改进的模型对印度洋SSS进行提前1~11个月的“实时”预测, 得出预报的SSS时空变化特征与观测场相吻合。综上所述, 改进的线性马尔可夫模型对印度洋SSS具有一定的预测能力, 未来可进一步完善。     

基于优化模型的莱州湾三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)栖息地适宜性研究

三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)是莱州湾最重要的经济蟹类,其资源丰度受栖息环境影响显著,为了解不同的环境因子对其栖息地分布的影响,根据2010~2020年夏季底拖网调查数据,研究莱州湾三疣梭子蟹栖息地适宜性及其影响因子。利用广义可加模型(generalized additive models,GAM)选取变量因子,通过提升回归树模型(boosting regression tree,BRT)对因子进行权重分析,构建了4种栖息地适宜性指数(habitat suitability index,HSI)模型,并通过实测值和预测值的Pearson检验,对模型比较和验证。结果表明,GAM和BRT优化的HSI模型好于其他3种模型(未优化模型,GAM优化HSI模型,BRT优化HSI模型),以生物量表征资源丰度的模型好于尾数表征资源丰度的模型,算术平均法构建的HSI模型的整体预测准确率和相关系数高于几何平均法,对莱州湾三疣梭子蟹栖息地有较强的预测能力。底层水温、底层盐度和水深对三疣梭子蟹栖息地影响较大,夏季栖息地适宜性较高的海域(HSI>0.7)主要分布在莱州湾南部、东南部和东北部海域,中部和西南部海域分布较少。研究结果为莱州湾三疣梭子蟹增殖放流工作提供了科学依据。     

基于不同权重的栖息地指数模型预报阿根廷滑柔鱼中心渔场

本文根据2003-2009年1-5月和2011年1-5月西南大西洋海域阿根廷滑柔鱼(Illex argentinus)的生产数据,结合遥感获得的海表面温度(SST)和海表面高度(SSH)数据,利用不同权重的栖息地指数模型来预报阿根廷滑柔鱼的中心渔场。采用外包络法,利用作业次数与SST、SSH建立适应性指数(SI)模型,依据作业次数比重和产量比重来比较不同权重的算术加权模型(AWM),从而筛选出最佳模型,并对最佳模型进行验证。结果显示,确定AWM(a=0.3,SST权重为0.3,SSH的权重为0.7)为最佳模型,当栖息地适应性指数(HSI)大于0.6时,作业次数的比重为93.23%,产量比重为89.28%,当HSI小于0.4时,作业次数的比重为2.12%,产量比重为3.35%。利用2011年1-5月的生产数据和环境数据对AWM(a=0.3)进行验证,结果显示,在HSI大于0.6的海域,各月作业次数比重均在91%以上,产量比重均在95%以上。研究表明,在阿根廷滑柔鱼渔场形成中SSH比SST更为重要,基于SST和SSH的AWM(a=0.3)能够较好地预测西南大西洋阿根廷滑柔鱼的中心渔场。     

基于环境因子的西北太平洋秋刀鱼资源量评估研究

太平洋秋刀鱼(Cololabis saira)资源量波动易受海洋环境,尤其是海表温度(SST)变化的影响。本文假设产卵场最适SST范围(P_s)影响环境容纳量(K),索饵场最适SST范围(P_f)影响内禀自然生长率(r),利用2003—2014年西北太平洋渔业数据,建立了基于海表温度的剩余产量模型(EDSP),评估西北太平洋秋刀鱼资源量。研究显示,根据偏差信息准则(DIC)值,基于产卵场海表温度的剩余产量模型(P_s-EDSP)为最优模型。在P_s-EDSP中,最大可持续产量(MSY)为208.56×10~4 t,B_(MSY)水平的生物量为71.46×10~4 t。西北太平洋秋刀鱼的捕捞死亡率为0.15,低于目标水平和MSY水平的捕捞死亡率(F_(tar),F_(MSY)),当前资源生物量高于B_(MSY)。研究结果表明,目前西北太平洋秋刀鱼未遭遇过度捕捞,在其资源评估和管理中应适当考虑产卵场海表温度环境因素。     

基于水温垂直结构的西北太平洋柔鱼栖息地模型构建

根据1998-2004年8～10月中国大陆西北太平洋柔鱼生产数据,结合对柔鱼渔场与各水层水温的分析,以作业次数为基础建立各水层水温的适应性指数(Suitability Index,SI)模型,采用算术平均法(Arithmetic Mean Model,AMM)和几何平均法(Geometric Mean Model,GMM)建立综合栖息地指数(Habitat Suitability Index,HSI)模型;并对1998-2004年8～10月的HSI值与实际作业次数、产量和单船日产量(CPUE)作比较.结果表明,8～10月,HSI＞0.6时,AMM的产量和作业次数比重分别占83.4％和80.9％,CPUE均2.1 t/d以上;GMM的产量和作业次数比重分别占73.5％和69.6％,CPUE均2.3 t/d以上.2种模型比较认为,AMM模型稍优于GMM模型.同时,利用2005年8～10月生产数据及水温资料对HSI模型进行验证.结果表明,基于水温垂直结构的栖息地指数模型能较好地预测西北太平洋中心渔场和潜在渔场.     

数据缺乏条件下的渔业资源评估方法研究进展

全球范围内绝大多数渔业处于数据缺乏的状态,而常规的资源评估方法需要准确的生物学信息和完整的渔获数据,通常并不适合此类渔业资源的评估。数据缺乏方法(DLM)正是适用于此类情况的渔业资源评估方法,DLM的研究已经成为渔业资源研究的热点。作者对DLM的近期发展作了简要回顾,重点对主要的DLM方法和数据需求进行了分析比较,指出这些方法的应用需要注意的问题。历史渔获量是大多数DLM方法运用的必要数据(如DCAC、Catch-MSY模型),而关于资源丰度的相对指标和重要生活史参数(如种群内禀增长率、自然死亡系数),则是运用这些方法的必要补充。此外,对运用DLM所需的主要生物学参数的估算方法进行了简介。最后对DLM方法的使用及其在国内渔业中的运用提出了建议。     

上海洋山国际深水港建设对洋山海域波浪分布特征的影响研究

本文针对洋山深水港建设引起的洋山海域波浪特征的变化进行分析研究,通过对长序列洋山波浪观测资料分析,确定SE、NW、S、NE、E 5个典型浪向为代表浪向,采用基于波能守恒的第三代波浪模型,计算建港过程间隔10a的2个典型建设时期,即洋山建港初期(2002年)和洋山建港后期(2012年)的极端高水位下50a一遇波浪场。研究表明,10年洋山深水港的建设使港区内的波浪场分布发生了显著的改变,工程建设后期港区NE、E、NW向波高均有不同程度减小,目前港区前沿受SE向波浪影响明显,50a一遇波高可达2.5m以上,波向基本与工程前沿走势保持一致,4期工程前沿NE向波周期增加6.6%,对船舶作业及靠离港的安全有一定影响,需引起关注。     

长江口深水航道工程对航道附近海域波浪分布特征的影响研究

本文针对长江口深水航道工程建设前后航道内波浪特征的变化进行了分析研究,首先基于对长江口历史波浪资料分析,确定了E、NE和SE3个浪向为航道内典型代表,采用第3代波浪模型SWAN对工程建设前后的波浪进行模拟计算。研究表明,航道工程建设后航道内的有效波高和周期明显减小,但是其变化的规律基本一致。在不同天文潮影响时,航道内的有效波高和周期大不相同。E向和NE向的浪在大潮期间有效波高和周期均高于小潮时,SE向浪却相反。对于NE向的浪,航道工程对有效波高的影响大致呈现出从右向左逐渐减弱。对于E向和SE向的浪,航道工程对有效波高的影响大致呈现出从右向左先增强再减弱。航道工程对不同方向的浪在不同分段上也有所不同,在右段对NE向的消弱最强,对SE向最弱,在中段和左段对E向消弱最强,对NE向最弱。航道内流场与水位对波要素的影响也略有差别。     

夏半年强风条件下波浪对平湖油气管道安全的影响分析

强风天气过程影响下的波浪近底层水体运动(波致底流速)是海底动力条件的重要驱动因素之一,因此,强风天气过程引起的波致底流速分布可能对海底管道冲刷和埋设状态变化产生潜在影响。本研究基于SWAN模式的海浪模型,对平湖油气管道区域波致底流速进行推算;将平湖管道区域波致底流速分布与管道埋深状况有机结合,探讨波浪对管道埋深状态变化的影响。结果显示,夏半年(7月~9月),因其近SE向为主的典型强风向和地形因素影响,波致底流速在舟山群岛靠外侧海域(约KP85~KP100段)形成明显的相对高值区。近年来,平湖油气管道裸露和悬空管道的增幅,主要出现在夏半年管道KP85~KP100段区域,该区域与波致底流速相对高值区基本重合。综合已有研究成果表明,夏半年的典型强风过程的波浪作用可能对管道KP85~KP100段区域动力条件产生一定的影响,使水体挟沙能力加强,对海底造成区域性冲刷,是造成该区域管道冲刷、管道裸露、悬空及埋深状态变化的重要原因。     

江苏滨海北区风电场溢油风险数值模拟

利用MIKE21_FM HD模块搭建基于非结构网格形式的滨海北区二维潮流动力模型,并根据工程区实测水文数据对模型进行验证。结果显示,模拟结果与实测值吻合度良好,工程海域的水动力特性能够得到准确的反映,且可为溢油模块提供可靠的水动力基础数据。采用MIKE 21/3SA溢油分析模块搭建溢油风险预测模型,针对8种特定溢油情景下的油膜扫海面积、典型油粒子运动轨迹以及残油量变化等进行了预测分析。预测结果显示,不同情景下的油膜扫海范围和油粒子运动轨迹具有较明显的差异性;风场对油膜运动轨迹和扫海范围起决定性作用,潮流场次之;油膜扫海面积随溢油时间逐渐增大,在夏季主导风落潮时刻达到最大的626.89km2;盐城自然保护区北区最早受溢油影响的时间为第29.5h,南区最早受溢油影响的时间为第54h。     

嗜碱盐单胞菌X3中异化型硝酸盐还原酶编码基因簇的功能验证及蛋白结构预测

细菌的氮代谢推动环境的氮循环,硝酸盐还原反应是氮代谢途径中重要步骤之一。本文运用酶活测定、qRTPCR和生物信息学软件分析的方法,对嗜碱盐单胞菌(Halomonas alkaliphila)X3中编码细菌异化型硝酸盐还原酶(Dissimilatory nitrate reductase,Nar)不同亚基的基因簇narGYJV进行了功能验证、蛋白结构预测和系统发育分析。研究表明,X3菌株中存在narGYJV基因簇并具有表达活性,测得Nar的酶活为每克蛋白21.415U;预测到的narGYJV编码蛋白功能区域中1～1246氨基酸属于NarG超家族,编码Nar的α亚基;1261～1752氨基酸属于DMSOR-beta-like超家族,编码Nar的β亚基;2061～2279氨基酸编码γ亚基,1802～2018氨基酸编码δ亚基;Nar的二级结构中无规卷曲占37.59%,α螺旋占34.43%,延伸链占18.33%;NarG、NarY和NarV的3D结构与PDB中大肠杆菌(Escherichia coli)的1Q16 3D结构最接近,覆盖率96%～100%。系统发育树显示,菌株X3中NarG与同属菌的遗传距离较近,在不同菌属间虽然功能相似,其同源性较低;NarY与大肠杆菌中的氨基酸序列的同源关系较近,说明异化型硝酸盐还原酶Nar中不同亚基的系统发育地位不同。研究结果表明,Halomonas alkaliphila X3菌株中存在编码Nar的基因簇narGYJV,编码蛋白具有独特的3D结构,不同亚基的系统发育地位不同。研究结果为进一步研究该菌的氮代谢通路选择和调控机制提供了依据。     

基于特征比值的原油中PAHs标志物风化规律研究

以渤海某原油作为研究对象进行综合模拟风化实验, 探讨了原油中五类PAHs组分的风化规律并筛选出其中稳定的诊断比值。结果表明: 经过50d风化, 原油中PAHs的分布已经发生了较大的改变, 其中萘系类损失最为严重, 菲系列所占的比例有所提高, 二苯并噻吩、屈、芴系列则保持相对稳定, 这为进一步筛选用于溢油来源鉴别的新诊断比值参数提供了一定依据; 经风化检验, 现有常用6种PAHs诊断比值在风化50d后较稳定, 可用于风化溢油的鉴别; 所选取新诊断比值中, 菲和屈系列、烷基取代二苯并噻吩类、烷基取代芴类抗风化能力较强, 共筛选出34种诊断比值可作为溢油鉴别的有效指标。     

舟山群岛海域波浪对泥沙冲淤过程的影响

本文基于SWEM(Shallow Water Equation Model)三维水沙盐模式,考虑潮汐、径流、风场和波浪影响,在长江口与杭州湾及其邻近海域建立了一个高分辨的三维水沙盐模型。分析了一般天气条件下,舟山群岛海域在潮汐、径流、风场、波浪共同作用下的地形冲淤与悬沙含量分布特征,并对比分析了一般天气条件下与台风天气条件下波浪对泥沙冲淤过程的影响。一般天气条件下,舟山群岛海域东西向水道为冲刷特征,舟山群岛东侧海域以及舟山群岛内部南北向水道为淤积特征。舟山群岛海域暖半年冲刷增强,冷半年淤积增强。海域悬沙含量由西北向东南迅速降低,群岛“虑沙”效果明显。悬沙含量3月份最大,8月份最小。波浪对舟山群岛海域泥沙冲淤过程的总体影响在秋冬季较强,春夏季较弱。一般天气条件下与台风天气条件下,波浪对研究海域泥沙冲淤过程影响显著的区域均为朱家尖东侧海域,且波浪的影响特征均表现为促进淤积和增加悬沙含量。一般天气条件下波浪引起最大淤积约占总淤积量的10%。台风天气条件下波浪引起的淤积量约是同时段一般天气条件下的6倍。     

长江口地区近1500年以来沉积物重金属含量变化及其对流域环境响应

对长江口泥质沉积区ZK6孔沉积物进行了粒度分析、同位素测年、8个重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)含量对比分析,综合评价了1500年以来沉积物粒度和重金属元素垂向变化特征,并从长江流域环境变化的角度揭示了流域人类活动对长江口沉积物元素赋存的影响规律。研究结果显示,ZK6孔平均沉积速率为1.85cm/a;As、Cd自底部到顶部表现出元素含量一直在逐步升高的趋势;Cr元素自底部到顶部,表现出元素含量逐步降低的趋势;Cu、Hg、Pb、Ni、Zn元素,表现出自底部到顶部先逐步降低后又含量升高的趋势;除Cr外其他几个元素自2m以浅含量明显升高、变幅增大。8个重金属元素对长江流域环境变化的响应敏感程度由高到低依次为Cd>As>Hg>Cu>Pb>Zn>Ni>Cr。Cd、As、Hg是长江流域特别需要加强环境风险监控的指标,潜在的含量变化趋势应引起高度重视。     

西太平洋新不列颠海沟表层沉积物的地球化学特征及其物源指示

海沟通常拥有全球最深的区域--深渊,由于地理位置、地形地貌和气候等差异,海沟沉积物可能有不同的物质来源。因此,为进一步了解海沟深渊区的物质组成与来源,选取近陆的新不列颠海沟作为研究对象,通过分析其海底表层沉积物的地球化学特征,追踪新不列颠海沟不同水深与区域的沉积物来源。研究发现不论位于半深海、深海,乃至深渊区域,新不列颠"八字型"海沟的表层沉积物主要来自于周边岛屿的火山物质,但"八字型"海沟的西支和东支有差异,西支主要为新不列颠岛东部Rabaul火山和北部火山群及所罗门群岛的火山物质,其中在西支的最北站位新不列颠岛北部火山物质的比例最高。与西支相比,东支还受到了更多来源于TLTF(Tabar、Lihir、Tanga和Feni火山)火山链物质的影响,海沟东西支物源的差异与该地区复杂的洋流密切相关。此外,西支海沟轴部(最底端)站位更多来源于岛屿河流沉积物,受火山物质影响相对较小。