西北太平洋柔魚對氣候與環(huán)境變化的響應(yīng)機制研究
柔魚是經(jīng)濟價值較高的大洋性物種,中國是捕撈柔魚的主要國家之一。近十幾年來,我國柔魚年產(chǎn)量波動劇烈,其中一個重要原因是大,中尺度氣候變化和局部海域環(huán)境改變對北太平洋柔魚資源豐度和分布的影響越來越明顯,循環(huán)或偶然發(fā)生的海洋環(huán)境事件成為柔魚漁業(yè)興衰交替的重要因素之一。因此,深入了解柔魚資源與環(huán)境的關(guān)聯(lián)有助于更好地預(yù)測柔魚種群數(shù)量變動規(guī)律。《西北太平洋柔魚對氣候與環(huán)境變化的響應(yīng)機制研究》重點分析不同時空尺度的氣候變化和環(huán)境因素對北太平洋柔魚資源時空分布的影響,探索氣候和環(huán)境條件對柔魚種群數(shù)量影響的潛在機制,深刻揭示資源動態(tài)變化的本質(zhì),為西北太平洋柔魚資源的可持續(xù)利用和科學(xué)管理提供依據(jù)。
《西北太平洋柔魚對氣候與環(huán)境變化的響應(yīng)機制研究》可作為海洋生物、水產(chǎn)和漁業(yè)研究等專業(yè)的科研人員,高等院校師生及從事相關(guān)專業(yè)生產(chǎn)、管理部門的工作人員使用和閱讀。
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柔魚(Ommastrephes bartramii)廣泛分布于北太平洋亞熱帶和溫帶海域,具有極高的經(jīng)濟價值。柔魚是短生命周期魚種,其整個生活史階段與氣候和海洋環(huán)境緊密關(guān)聯(lián)。北太平洋海域生物物理環(huán)境復(fù)雜,氣候與海洋相互作用對漁業(yè)資源影響顯著,特別是黑潮與親潮勢力的此消彼長,厄爾尼諾和拉尼娜事件的更替以及太平洋年代際濤動(PDO)等,對柔魚資源與漁場分布影響明顯。近十幾年來的生產(chǎn)統(tǒng)計表明,柔魚的年產(chǎn)量波動劇烈,其中一個重要原因是不同尺度的氣候變化和海洋環(huán)境改變對柔魚資源豐度和時空分布的影響,但影響的機制尚不清楚。為此本專著重點開展柔魚冬春生群體對氣候與環(huán)境變化的響應(yīng)機制研究,其研究結(jié)果有利于柔魚資源的可持續(xù)利用,并能為其資源的科學(xué)管理決策提供基礎(chǔ)。
本研究的科學(xué)假設(shè)為:大尺度氣候變化對北太平洋柔魚產(chǎn)卵場和漁場海域內(nèi)相關(guān)的環(huán)境因子具有調(diào)控作用,而局部海域的環(huán)境條件驅(qū)使柔魚早期階段孵化攝食環(huán)境和成魚階段棲息環(huán)境發(fā)生變動,最終導(dǎo)致柔魚資源時空分布產(chǎn)生年間變化。
基于以上科學(xué)假設(shè),本專著根據(jù)1995~2011年中國魷釣漁船在西北太平洋傳統(tǒng)作業(yè)漁場35°~5°N、15°~175°E的生產(chǎn)捕撈數(shù)據(jù),結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)和氣候指數(shù),通過柔魚漁場時空分布,棲息地?zé)狳c的分布與預(yù)測,資源豐度年間變化等方面分析其對氣候變化的響應(yīng)過程。同時構(gòu)建基于氣候指數(shù)的柔魚資源豐度和漁場重心分布的預(yù)測模型,探索不同異常環(huán)境條件下柔魚棲息地適宜性和漁場凈初級生產(chǎn)力水平的差異,科學(xué)評價氣候變化和海洋環(huán)境條件對柔魚資源豐度的時空影響,有助于深刻理解柔魚資源種群動態(tài)變化的本質(zhì)。
本專著共分6章。第1章為緒論,首先總結(jié)了北太平洋柔魚的種群結(jié)構(gòu)、分布與豐度、年齡與生長、洄游習(xí)性、攝食等生活史特征。其次探討了不同尺度的氣候和環(huán)境因素對柔魚資源的影響,包括大/中尺度海洋氣候現(xiàn)象如太平洋年代際濤動、厄爾尼諾和拉尼娜事件等,以及小尺度海洋環(huán)境條件包括黑潮和親潮、海表溫度、海表面高度、海表鹽度、葉綠素濃度和混合層深度等。緒論最后對以往研究存在的問題做了歸納概括,對本專著所研究的主要內(nèi)容和研究體系作了簡要論述。第2章主要分析太平洋柔魚漁場作業(yè)分布的時空變化和預(yù)測柔魚的棲息地?zé)狳c。以CPUE和漁場重心位置分別表征柔魚資源豐度和漁場分布位置,選取影響柔魚資源時空分布的幾個相關(guān)環(huán)境因子(包括海表溫度、海表面高度、海表鹽度、葉綠素濃度、混合層深度、渦旋動能),掌握柔魚資源豐度和漁場分布以及環(huán)境因子的時間變化規(guī)律;利用經(jīng)驗累積分布函數(shù)法,定量估算柔魚適宜環(huán)境因子的偏好范圍;利用頻率分布法,估算各年各月柔魚豐度對應(yīng)各環(huán)境因子的頻率分布,制作綜合環(huán)境概率分布圖,概率高的海域為漁場熱點區(qū)域,探索1995-2011年漁場熱點區(qū)域的年間變化,并匹配漁業(yè)數(shù)據(jù)加以驗證。第3章為近十七年來北太平洋柔魚CPUE的標(biāo)準化研究及其年間波動原因分析。利用廣義線性模型(GLM)和廣義加性模型(GAM),結(jié)合時間(年和月)、空間(經(jīng)度和緯度)和環(huán)境因子(海表溫度、海表面高度和混合層深度)對我國魷釣船的CPUE進行標(biāo)準化,并評價各因子對CPUE的影響,分析CPUE年間波動的原因。第4章主要為氣候變化對北太平洋柔魚資源時空分布和豐度的影響分析。太平洋年代際濤動(PDO)是北太平洋氣候變化的主導(dǎo)因素之一。本書以這種大尺度氣候變化為背景,分析柔魚資源應(yīng)對氣候變化的響應(yīng),主要包含:PDO變化對西北太平洋局部海域主要包括柔魚產(chǎn)卵場和育肥場物理生物環(huán)境因素的影響研究;柔魚資源豐度和空間分布對PDO變化的響應(yīng)研究;利用PDO指數(shù)預(yù)測柔魚資源豐度和漁場重心位置;PDO變化影響柔魚種群動態(tài)的機理探索。第5章為利用算術(shù)平均法(AMM)和聯(lián)乘法(GMM)分別建立綜合棲息地指數(shù)模型(HSI),比較分析異常環(huán)境條件下(厄爾尼諾事件、正常氣候條件和拉尼娜事件)西北太平洋海域柔魚棲息地適宜性的變化。其次比較分析柔魚漁場和產(chǎn)卵場初級生產(chǎn)力在不同環(huán)境條件下的差異以及對柔魚資源的影響。第6章為結(jié)論與展望。最后對本書的主要結(jié)論進行總結(jié),對存在的不足和今后進一步研究問題進行了探討。
本專著系統(tǒng)性和專業(yè)性強,可供水產(chǎn)界和海洋界的科研、教學(xué)等科學(xué)工作者和研究單位使用。由于時間倉促,覆蓋內(nèi)容廣,國內(nèi)較少同類的參考資料,因此難免會存在一些錯誤。望讀者批評和指正。
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目錄
第1章緒論1
1.1問題提出1
1.2北太平洋柔魚生活史及其漁業(yè)3
1.2.1柔魚生活史概述3
1.2.2柔魚漁業(yè)現(xiàn)狀6
1.3氣候和環(huán)境變化對柔魚資源與漁場影響的研究現(xiàn)狀和存在問題8
1.3.1中尺度氣候和環(huán)境變化對柔魚資源漁場的影響8
1.3.2小尺度海洋環(huán)境變化對柔魚資源漁場的影響12
1.3.3存在問題15
1.4研究內(nèi)容及其意義16
1.4.1研究內(nèi)容16
1.4.2技術(shù)路線17
1.4.3研究意義17
第2章西北太平洋柔魚資源時空分布和棲息地?zé)狳c研究19
2.1材料和方法20
2.1.1漁業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)20
2.1.2環(huán)境數(shù)據(jù)21
2.1.3經(jīng)驗累積分布函數(shù)21
2.1.4綜合環(huán)境概率分布圖22
2.2結(jié)果23
2.2.1柔魚CPUE的年間時空分布23
2.2.2柔魚CPUE的季節(jié)性分布23
2.2.3漁場各環(huán)境因子的季節(jié)性變化規(guī)律26
2.2.4柔魚對各環(huán)境因子的偏好范圍27
2.2.5柔魚棲息地?zé)狳c海域分布29
2.3分析與討論33
2.4小結(jié)36
第3章西北太平洋柔魚資源豐度年間變化分析37
3.1材料與方法38
3.1.1漁業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)38
3.1.2環(huán)境數(shù)據(jù)38
3.1.3GLM和GAM模型38
3.2研究結(jié)果39
3.2.1解釋變量ln(CPUE+1)的統(tǒng)計分布檢驗39
3.2.2時空和環(huán)境因子對CPUE的影響40
3.2.3柔魚資源量年間變化分析44
3.3討論與分析45
3.4小結(jié)47
第4章柔魚資源應(yīng)對太平洋年代際濤動的響應(yīng)機制49
4.1柔魚資源豐度應(yīng)對PDO的響應(yīng)49
4.1.1材料和方法50
4.1.2結(jié)果51
4.1.3討論與分析67
4.1.4小結(jié)69
4.2柔魚漁場重心分布應(yīng)對PDO的響應(yīng)69
4.2.1材料與方法70
4.2.2結(jié)果72
4.2.3討論與分析78
4.2.4小結(jié)79
4.3PDO影響柔魚資源豐度的機制研究80
4.3.1材料和方法80
4.3.2結(jié)果82
4.3.3討論與分析89
4.3.4小結(jié)94
第5章厄爾尼諾和拉尼娜條件下柔魚適宜棲息地和凈初級生產(chǎn)力的差異比較96
5.1厄爾尼諾和拉尼娜條件下柔魚適宜棲息地比較研究96
5.1.1材料和方法97
5.1.2結(jié)果100
5.1.3討論與分析108
5.1.4小結(jié)112
5.2厄爾尼諾和拉尼娜條件下柔魚棲息地凈初級生產(chǎn)力的變動113
5.2.1材料與方法114
5.2.2研究結(jié)果116
5.2.3討論與分析121
5.2.4小結(jié)123
第6章結(jié)論與展望125
6.1主要結(jié)論125
6.2存在問題與討論128
6.2.1數(shù)據(jù)源問題128
6.2.2環(huán)境變量的選擇和處理128
6.2.3典型案例分析129
6.3主要創(chuàng)新點129
6.4下一步研究工作129
參考文獻131