基于BP神经网络的西北太平洋柔鱼资源丰度时空变化研究

西北太平洋柔鱼(Ommastrephes bartramii)是我国鱿钓船队重要捕捞对象,其资源分布的时空变化对资源的可持续开发和利用有重要影响.本文以2000-2015年7-10月西北太平洋柔鱼渔业数据的单位捕捞努力量渔获量作为应变量,以年份、月份、经度、纬度、海表面温度、海表盐度、海面高度、叶绿素a浓度作为自变量,...     

基于水温因子的太平洋褶柔鱼冬生群剩余产量模型研究

水温是影响太平洋褶柔鱼冬生群生长、繁殖、补充的重要因素之一。根据2004–2015年太平洋褶柔鱼冬生群渔业数据和其栖息地环境数据,包括1月产卵场(28°～35°N,125°～130°E)和9月索饵场(31°～38°N,128°～132°E)海表面温度(Sea Surface Temperature,SST),建立了基于SST因子的太平洋褶柔鱼冬生群体的剩余产量模型,分析SST对太平洋褶柔鱼冬生群资源量的影响,对该模型的各项指标进行验证,发现该模型的预测精度较高。结果表明:太平洋褶柔鱼冬生群当年的资源量及渔获量主要受索饵场SST影响,而产卵场SST对其当年渔获量影响不显著。由此建议在今后对产卵场SST因子是否对次年的渔获量及资源量产生影响进行研究,同时渔业管理部门也应根据每年海洋环境状况确定其最大可持续产量,并实时调整管理方案。     

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.     

异常气候条件下秘鲁外海茎柔鱼栖息地的时空变动

茎柔鱼主要分布于东太平洋,是我国鱿钓渔船的主要捕捞对象,气候变化对其栖息地有较大影响。本研究依据1950-2015年海表温度(SST)、海表高度距平(SSHA)以及尼诺指数(Ni?o3.4指数),计算秘鲁外海茎柔鱼栖息地适宜性指数(HSI),分析在厄尔尼诺(El Ni?o)、正常气候和拉尼娜(La Ni?a)条件下适宜栖息地的时空变动。分析表明,海表温度距平(SSTA)和SSHA与Ni?o3.4指数的变化趋势基本相同,Ni?o3.4指数与SSTA和SSHA均呈显著正相关,但与HSI值呈显著负相关。依据气候事件的定义,将研究年份划分为El Ni?o年,正常年和La Ni?a年。研究发现,在El Ni?o年,茎柔鱼渔场水温变暖,海面高度上升,适宜的SST和SSHA范围缩小,导致适宜的栖息地面积范围缩减;而在正常气候和La Ni?a年份,茎柔鱼渔场水温变冷,海面高度下降,适宜的SST和SSHA范围增大,因此适宜的栖息地面积范围增加。此外,Ni?o3.4指数和茎柔鱼渔场HSI纬度重心呈显著正相关,在El Ni?o事件下适宜的栖息地纬度重心向南偏移。研究认为,不同ENSO事件下茎柔鱼渔场环境变化...     

基于贴现率的西北太平洋柔鱼生物经济模型及管理策略分析

西北太平洋柔鱼是我国远洋渔业重要的捕捞对象,综合考虑生物、经济和社会效益来科学制定渔业管理目标是确保柔鱼资源可持续利用的重要研究内容。本文根据1996—2011年我国鱿钓船在西北太平洋海域捕捞的柔鱼渔获量和作业成本,结合贴现率和渔获物价格等经济数据,构建基于贴现率的西北太平洋柔鱼生物经济模型。结果表明,西北太平洋柔鱼资源状况处于良好状态,并未遭受过度捕捞;当贴现率α在0.3~0.5之间,当前利益占长远利益的20%~30%(D=0.2~0.3),且渔获物价格在9 195~12 500元/t之间时,该海域的柔鱼资源种群资源量相对稳定,能达到最优种群数量水平,可保证柔鱼渔获量始终处在MSY之下,确保柔鱼资源的可持续利用。     

利用基于表温因子的栖息地模型预测西北太平洋柔鱼(Ommastrephes bartramii)渔场

根据1999—2004年8—10月主渔汛期间我国鱿钓船在150—165°E海域的鱿钓生产数据,结合其表温及表温梯度,分别将作业次数百分比和单位渔船日产量作为适应性指数,利用算术平均法(AM)和联乘法(GM)分别建立基于表温因子(表温和表温水平梯度)的综合栖息地指数模型。结果表明,AM栖息地指数模型和GM栖息地指数模型均拟合较好,在HSI大于0.6的海域,1999—2004年间其作业次数平均比重分别在70%以上,平均日产量均在2t/d以上。但AM模型稍优于GM模型。利用2005年8—10月生产数据及表温资料对AM模型进行验证,分析认为作业渔场主要分布在HSI大于0.6海域,其作业次数比重达到80%以上,各月平均CPUE均在3.0t/d以上。研究表明,基于表温和表温水平梯度的AM栖息地模型能获得较好预测西北太平洋柔鱼中心渔场。     

基于分位数回归的西南太平洋阿根廷滑柔鱼栖息地模型研究

阿根廷滑柔鱼是西南大西洋重要头足类资源,研究其变动、渔场分布与海洋环境的关系是其可持续利用的基础。本文利用分位数回归方法对表温(5m)、表层盐度(5m)、57m盐度及其盐度差、海面高度、叶绿素与阿根廷滑柔鱼钓获率进行回归分析,在中位数和高位数2种情况下分别建立阿根廷滑柔鱼的栖息地指数(HSI)模型,从而揭示西南大西洋阿根廷滑柔鱼栖息地的分布模式。研究表明,本文建立的各分位数回归方程均能较好地解释自变量与应变量的关系(P0.05)。1~5月在60°W以西、42°S~53°S阿根廷沿海的大部分海域,其HIS值基本上在0.7以上;而58°W以东海域的HIS在0.4以下。阿根廷滑柔鱼适宜栖息地分布(HIS大于0.6)有明显的季节变化。     

西北太平洋柔鱼丰度的灰色灾变预测

柔鱼(Ommastrephes bartramii)为短生命周期的头足类,其资源丰度极易受海洋环境变化影响,年间波动较大。根据1995-2017年西北太平洋柔鱼渔业生产统计数据,以单位捕捞努力量渔获量(CPUE)作为资源丰度指数,运用灰色灾变预测方法对上、下限灾变年份建立GM(1, 1)模型,预测未来灾变年份。结果显示,以GLM模型标准化CPUE建立的下限灾变预测模型的平均相对误差为15.32%,上限灾变预测模型的平均相对误差为8.19%,模型精度检验等级均为Ⅰ级。研究认为,下一个资源丰年(CPUE大于2.39 t/(船·a))将出现在2021年,资源歉年(CPUE小于2.13 t/(船·a))将出现在2027年;太平洋年代际涛动与El Ni?o-La Ni?a事件是驱使柔鱼丰度大幅度波动的重要因素。该预测结果可为西北太平洋鱿钓生产企业和管理部门提供参考。     

秘鲁外海茎柔鱼栖息地适宜性年代际变动

茎柔鱼广泛分布于东南太平洋海域,是我国重要的远洋捕捞对象之一,其种群易受气候和栖息地环境的影响。利用海表面温度(SST)和海表面高度距平(SSHA)两个关键环境因子,计算1950-2015年1-12月秘鲁外海茎柔鱼栖息地适宜性指数(HSI),对比分析太平洋年代际涛动(PDO)位于冷暖位相下茎柔鱼渔场环境以及栖息地质量的变动。结果显示,1950-2015年PDO呈现冷、暖、冷3个位相变化,其中PDO冷位相内的SST距平(SSTA)和SSHA明显低于PDO暖位相。交相关分析结果表明,PDO指数与SSTA和SSHA均呈显著正相关,而HSI与PDO指数、SSTA和SSHA均呈显著负相关。PDO位于冷位相时,茎柔鱼渔场内水温变冷,海面高度下降,适宜的SST和SSHA范围增加,因此茎柔鱼有利的栖息地面积增大;而PDO位于暖位相时,水温增暖,海面高度上升,适宜的SST和SSHA范围缩减,导致茎柔鱼适宜的栖息地面积缩小。研究认为,太平洋年代际涛动调控了茎柔鱼渔场内的环境变化,进而对茎柔鱼栖息地质量及适宜栖息地范围产生显著影响。     

西北太平洋柔鱼中长期预测方法研究

为了能更好预测西北太平洋柔鱼的资源量, 选择合适的预测方法及开发相应的预测系统颇为重要。利用相关性分析, 筛选出在产卵区显著影响西北太平洋柔鱼资源量的关键网格点, 并采用这些网格点的海表温度、产卵区适宜温度所占面积的比例和单位努力捕获量等数据组织样本, 然后利用线性回归、BP 神经网络、RBF 神经网络和支持向量机等预测方法进行实验。结果表明: 在西北太平洋柔鱼中长期预测中, BP 神经网络要优于其他方法。以相关性分析和BP 神经网络为基础建立的西北太平洋柔鱼资源量预测系统是有效可行的。     

西北太平洋海域太平洋褶柔鱼秋生群产卵场指数动态评估

为探究太平洋褶柔鱼(Todarodes pacificus)秋生群资源丰度波动的原因,本研究利用适宜产卵的海表温度(SST)和水深数据,构建了太平洋褶柔鱼秋生群1979—2018年40年潜在产卵场模型,在此基础上开发了适宜海表温度均值(MVSS)、适宜性海表温度加权面积(SSWA)和等温线经向位置(MP)3种产卵场指数...     

基于环境因子的东南太平洋茎柔鱼资源补充量预报模型研究

东南太平洋茎柔鱼(Dosidicus gigas)是短生命周期种类,其资源量极易受到海洋环境变化的影响。根据2003—2012年我国鱿钓船在东南太平洋的生产统计数据,以及茎柔鱼栖息地的海表温度(SST)、海面高度(SSH)、叶绿素a浓度(chl a)数据,利用相关性分析法分析茎柔鱼资源丰度和补充量(以单位捕捞努力量渔获量为指标,t/d)与栖息海域20°S—20°N、110°W—70°W的SST、SSH、chl a浓度的相关性,获取相关系数大的关键海区位置,同时加入茎柔鱼产卵场、索饵场最适表层水温范围占总面积的比例(分别用PS、PF表示)两个参数,建立三种基于主要环境因子的误差反向传播(EBP)神经网络资源补充量预报模型,进行了比较。结果表明:茎柔鱼资源丰度与SST、SSH、chl a浓度的相关系数最大值海域为7月份的Point1(13°N,102°W)海区、9月份的Point3(11°N,102°W)海区和3月份的Point5(8°S,107°W)海区;资源补充量与SST、SSH、chl a浓度的相关系数最大值海域为6月份的Point2(8°N,103.5°W)海区、2月份的Point4(12°N,97.5°W)海区和10月份的Point6(10°S,93.5°W)海区。EBP神经网络预报模型结果认为:基于产卵环境关键影响因子的方案2(以Point2的SST、Point4的SSH、Point6的chl a浓度、PS作为模型输入因子)和基于全部环境关键影响因子的方案3(以Point1与Point2的SST、Point3与Point4的SSH、Point5与Point6的chl a浓度、PS、PF作为模型输入因子)的两种神经网络预报模型均方误差较小,其准确率可达90%左右。     

太平洋延绳钓长鳍金枪鱼及渔场水温分析

根据收集到的渔获量数据、海水表层温度数据及有关文献资料,应用GIS技术对太平洋长鳍金枪鱼延绳钓渔业进行定量和定性综合分析。结果表明:太平洋延绳钓长鳍金枪鱼渔场分布范围广泛,具纬向分布特征,集中分布在30°N线附近的西北太平洋海域和~40°S之间的西南太平洋海域。对渔获产量同海表温度的分月统计显示:太平洋长鳍金枪鱼渔场最适月平均表层水温约28~29℃,渔场出现频次为偏态分布型。文中结合有关文献综合讨论了海表温度、溶解氧含量、海流等环境因子与金枪鱼渔场分布和形成机制的关系。     

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。     

水温变暖对西北太平洋柔鱼潜在栖息地分布的影响

根据影响西北太平洋柔鱼栖息地分布的主导环境因子—海表面温度,基于最大熵模型,利用1996-2005年气候历史数据和两种不同情景（RCP4.5和RCP8.5）下的气候预估数据,分析了1996-2005年、2021-2030年、2051-2060年、2090-2100年主要捕捞月份（7-10月）柔鱼潜在栖息地变化。结果表明,柔鱼渔场纬度方向空间分布呈季节性南北移动;随着未来气候变化,在RCP4.5和RCP8.5两种情景下,2021-2030年、 2051-2060年、 2090-2100年7-10月柔鱼潜在栖息地分布较1996-2005年7-10月均呈现向北极移动趋势,适宜面积增加。推测柔鱼渔场季节性南北移动可能受各月适宜海表面温度范围变化的影响,在RCP4.5情景下,到21世纪末,各月柔鱼潜在最适宜生境向北移动1°～2°,适宜面积增加3%～13%;在RCP8.5情景下,到21世纪末,各月柔鱼潜在最适宜生境向北移动3°～5°,适宜面积增加42%～80%。     

基于灰色系统的西北太平洋柔鱼冬春生群资源丰度预测模型

柔鱼（Ommastrephes bartramii）是西北太平洋重要的经济头足类之一,科学预测柔鱼资源丰度有利于其合理的开发和利用。研究结合1998-2008年北太平洋柔鱼生产统计数据和产卵场环境及其气候因子,使用灰色关联分析和灰色预测建模的方法,对产卵期内（1-4月）影响柔鱼冬春生群体资源丰度（CPUE）的产卵场环境以及气候指标进行分析,并建立柔鱼冬春生群体资源丰度的预报模型。结果表明,产卵期内影响柔鱼冬春生群体资源丰度的因子依次是:3月份产卵场平均海表面温度SST（average sea surface temperature）、1月份太平洋年代际震荡指数PDO（Pacific Decadal Oscillatio index）,4月份Niño3.4指标和4月份平均叶绿素浓度Chl a（average chlorophyll a concentration）。灰色预报模型分析表明,基于3月份SST、1月份PDO和4月份Chl a的GM（1,4）模型有着较好的预测效果,其预测准确率在80%以上,可用于西北太平洋柔鱼冬春群体资源丰度的预测。     

利用栖息地适宜指数分析秘鲁外海茎柔鱼渔场分布

根据2003—2007年秘鲁外海茎柔鱼渔获数据以及海洋环境数据 ,利用主成分分析法确定各环境因子的权重,分别采用权重求和法和几何平均法进行栖息地适宜指数(HSI)建模分析,选择最优模型进行实证分析,结果表明,权重最高的环境因子为SST,最小的为Chl-a浓度。HSI值较高的海区一般位于200海里专属经济区外附近海域。经统计比较,用权重求和法计算所得HSI值好于几何平均法。利用2008年茎柔鱼生产数据进行实证分析,产量和作业次数随HSI值升高而增加,权重求和法的HSI模型可用于茎柔鱼渔场的实时动态预报。分析还显示, HSI分布情况与研究海域的的海洋环境密切相关,HSI不小于0.8的海区一般处在水团交汇处。     

基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期生态模型构建

为了对西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期的生长、死亡、输运和分布等进行研究,将其生长、死亡等早期生物过程进行参数化,利用物理模型(FVCOM-Global)模拟生成北太平洋(10°～60°N,120°E～110°W)三维物理场,采用拉格朗日质点追踪的方法将物理模型和生物模型(基于个体模型)耦合,构建了基于个体的西北太平洋柔鱼冬春生群生活史早期生态模型,并用此模型对1997–2010年冬春生群的输运分布进行数值模拟。模拟结果表明:在一定温度范围内,越靠近最适水温,冬春生群的生长速度越快,当日龄为38 d时,胴长可达到11.76 mm,之后由指数生长逐渐变为线性生长;1997–2010年模拟补充量有年际的波动,在考虑冬春生群亲体量不同的前提下得到的实际补充量最多和最少的年份分别是1999年和2009年;冬春生群在模拟阶段主要位于产卵场内,在25°N以南主要向西部输运,25°N以北逐渐呈向北和向东北方向输运的趋势,尤其在输运后期受强流的影响较大;在垂直方向上,100 m水深以内的仔鱼占比将近一半。本研究能为西北太平洋柔鱼冬春生群的生态动力学深入研究奠定基础。     

利用渔场环境因子标准化西北太平洋柔鱼CPUE的研究

本文利用1998-2016年西北太平洋柔鱼渔业数据及其渔场（35°~45°N,140°~165°E）的海洋遥感环境数据,包括海表温度、海面高度异常和叶绿素浓度,采用基于渔场环境的方法标准化西北太平洋柔鱼单位捕捞努力量渔获量（catch per unit effort,CPUE）。结果表明:柔鱼高频次作业的海表温度范围为10.2~22.2℃（96.05%）,海面高度异常范围为-15.9~28.2 cm（97.91%）,叶绿素浓度范围为0.0~1.0 mg/m3（96.69%）。名义CPUE和基于环境因子的标准化CPUE年际变化趋势基本一致。但由于柔鱼作业方式高度集中,有效捕捞努力量远低于名义捕捞努力量,以及考虑环境因子影响效应,名义CPUE均低于标准化CPUE。在深入理解鱿钓渔业和其生物学特性的基础上,基于渔场环境因子准化后的CPUE更具代表性,建议在以后的柔鱼资源评估与管理中使用基于渔场环境因子的标准化CPUE。