东南太平洋秘鲁海域光合有效辐射对茎柔鱼资源丰度和空间分布的影响研究

光合有效辐射（PAR）是海洋初级生产力的重要驱动因素之一,因此对海洋鱼类的资源丰度和空间分布产生潜在影响。本文根据2006-2015年1-12月中国鱿钓科学技术组提供的秘鲁外海茎柔鱼捕捞数据和光合有效辐射卫星遥感数据,以单位捕捞努力量渔获量（CPUE）表征资源丰度,以CPUE的纬度重心表征渔场空间分布,评估了东南太平洋秘鲁海域光合有效辐射对茎柔鱼资源变动的影响。结果发现,茎柔鱼渔场的产量、捕捞努力量、CPUE和PAR呈现明显的月间变化,其中CPUE和PAR月间变化规律表现为1-6月降低,7-12月增加的趋势。相关分析法表明,CPUE与PAR呈正相关关系,7月和8月相关性显著,而其余月份相关性不显著。依据频率分布法估算了各月适宜和最适PAR范围,各月最适PAR范围占渔场总面积比例与CPUE呈显著正相关关系,推测茎柔鱼资源丰度可能由各月适宜PAR面积大小决定;同时,最适PAR纬度与CPUE纬度重心呈显著正相关,说明茎柔鱼渔场的空间分布受最适PAR纬度的显著影响。此外,拉尼娜年份茎柔鱼适宜PAR面积要显著高于厄尔尼诺年份。研究表明,茎柔鱼资源丰度和空间分布受光合有效辐射的显著影响,其调控作用在不同气候条件下呈现不同的变化规律。     

西北太平洋海洋净初级生产力与柔鱼资源量变动关系的研究

海洋初级生产力在海洋生态中扮演重要角色,其变化影响了海洋渔业的潜在产量。本文根据2004-2013年中国鱿钓组提供的西北太平洋柔鱼(Ommastrephes bartramii)捕捞数据和海洋遥感净初级生产力数据,研究了柔鱼冬春生西部群体资源量变动与净初级生产力的关系。结果发现,柔鱼渔场范围内净初级生产力在经度方向上呈明显的季节性变化,冬春季低,夏秋季高。捕捞月份7-11月对应的适宜净初级生产力范围分别为500~700 mg/(m2·d)(以碳计),500~800 mg/(m2·d),500~1000 mg/(m2·d),500~800 mg/(m2·d)和300~500 mg/(m2·d),最适净初级生产力分别为700 mg/(m2·d),600 mg/(m2·d),700 mg/(m2·d),600 mg/(m2·d)和400 mg/(m2·d)。7-11各月最适净初级生产力平均纬度与捕捞努力量纬度重心呈显著正相关关系(P<0.05),说明了捕捞努力量位置在渔场中不是随机分布,可能受最适净初级生产力的纬度分布的影响。柔鱼年间资源丰度与各年3月份净初级生产力以及7-11月份平均净初级生产力大小显著正相关(P<0.05)。推测每年柔鱼资源量大小可能是由3月份产卵场海域和7-11月捕捞月份渔场净初级生产力水平交互作用的结果。研究表明,异常环境条件(厄尔尼诺和拉尼娜事件)对柔鱼产卵场和渔场的净初级生产力具有显著影响,但调控机制不同。     

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。     

西北太平洋柔鱼渔场分布与涡动能变化的相关关系

本研究利用卫星高度计数据计算海洋涡动能(Eddy Kinetic Energy,EKE),根据2010–2016年中国远洋渔业协会鱿钓组提供的西北太平洋柔鱼(Ommastrephes bartramii)渔业生产数据,分析柔鱼渔场的EKE分布特征以及黑潮延伸体EKE的时空变化对柔鱼渔场分布的影响。结果显示,柔鱼渔场的EKE与单位捕捞努力量渔获量(Catch Per Unit Effort,CPUE)呈显著负相关(P <0.01),EKE对CPUE的有效影响范围为0~1 500 cm^2/s^2,最适宜EKE范围为25~150 cm^2/s^2。黑潮延伸体EKE强度由西向东递减,与CPUE年平均呈负相关,相关系数为0.81(P <0.05)。按黑潮延伸体经度范围分为4个子区域,CPUE月平均纬度重心响应该月EKE强度最高的子区域。盛渔期8–10月渔场距离黑潮延伸体在800~1 000 km范围内时,CPUE随距离增加而增大,其中最适宜的距离范围为850~950 km。研究表明,当黑潮延伸体路径弯曲多变时,EKE增大,而柔鱼CPUE变低,渔场位置越偏北。     

中国近海鲐鱼资源时空分布与海洋净初级生产力的关系研究

海洋净初级生产力影响了浮游动植物的空间分布和丰度，因此决定了海洋渔业的潜在产量。本文根据2006-2015年7-9月中国远洋渔业数据中心提供的中国近海鲐鱼捕捞数据和海洋净初级生产力遥感数据，以单位捕捞努力量渔获量（CPUE）表征资源丰度，以经度和纬度重心表征空间分布，分析研究了鲐鱼资源丰度和空间分布与海洋净初级生产力的关系。研究结果表明，2006-2015年鲐鱼产量、CPUE、经度和纬度重心呈现明显的月份和年际变化，7-9月渔场内净初级生产力空间分布模式不同。频率分布结果表明7-9月鲐鱼对应的适宜净初级生产力浓度范围分别为300~500 mg/（m2·d）（以碳计，下同），300~400 mg/（m2·d），300~400 mg/（m2·d）。相关分析结果表明，鲐鱼资源丰度与适宜净初级生产力海域范围比例呈显著正相关，且鲐鱼纬度重心与适宜净初级生产力海域平均纬度呈显著正相关关系，这表明渔场内的净初级生产力大小和分布模式显著影响鲐鱼的资源丰度和渔场重心位置。在鲐鱼主要分布海域25°~30°N，120°~130°E范围内，鲐鱼资源丰度与净初级生产力大小呈显著负相关关系。此外，不同气候条件下鲐鱼渔场净初级生产力大小变化不同，2007年和2010年强拉尼娜年份以及2009年中强厄尔尼诺年份鲐鱼渔场范围海洋净初级生产力降低，但适宜的海洋净初级生产力范围增大，导致鲐鱼资源丰度上升；而2015年超强厄尔尼诺年份鲐鱼渔场范围内海洋净初级生产力上升，但适宜的海洋净初级生产力范围显著减小，因此鲐鱼资源丰度相对降低。研究表明，中国近海鲐鱼资源时空分布与海洋净初级生产力具有显著关联。     

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。     

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,构建BP神经网络模型,推测该段时间西北太平洋柔鱼丰度时空变化规律,并探究环境因子对柔鱼资源丰度的影响。通过比较,确定输入层为年份、月份、经度、纬度、海表面温度和海表盐度,隐含层神经元数量为8的模型均方误差最小,模型最优。结果表明,单位捕捞努力量渔获量年间波动明显,每年的7月、10月柔鱼资源丰度较低,且空间分布分散在整个作业渔场,8月、9月资源丰度较高,并集中在41.5°～43.5°N, 155°～160°E局部区域。研究认为,海表面温度和海表盐度对柔鱼资源丰度时空变动有较大影响,在今后柔鱼资源评估与管理中予以考虑。     

利用BP神经网络标准化东南太平洋茎柔鱼(Dosidicus gigas)资源丰度

东南太平洋茎柔鱼(Dosidicus gigas)是短生命周期大洋性经济鱼类,其资源量受环境因素变化的影响较大。根据我国鱿钓船队2013~2017年在东南太平洋的生产统计数据,结合海洋环境数据包括海表面温度(SST)、海表面盐度(SSS)、叶绿素a浓度(chl a),运用BP神经网络(back propagation network)模型来标准化单位捕捞努力量渔获量(catch per unit effort, CPUE,也称名义CPUE)。以均方误差(mean square errors, MSE)和平均相对变动值(average relative variances, ARV)为最优模型判断依据,比较隐含层节点3-10的神经网络模型,发现6-9-1结构为最优模型。用Garson算法解释模型结果,发现各输入层因子对东南太平洋茎柔鱼资源丰度影响重要度排序为chl a、SST、经度(Lon)、SSS、纬度(Lat)、月份(Month)。并作名义CPUE和标准化CPUE资源丰度对比分布图,结果显示CPUE与标准化CPUE总体分布状况基本一致,但局部区域存在明显差异, 80°~85°W及10°~20°S海域适宜鱿钓生产,表明BP神经网络模型可以适用于东南太平洋茎柔鱼的CPUE标准化,从而为鱿钓渔业生产提供一定参考依据。     

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显著，进而影响茎柔鱼适宜的栖息地范围及其空间分布。     

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。     

西北太平洋柔鱼冬春生群体栖息地的变化研究

柔鱼（Ommastrephes bartramii）是短生命周期鱼种，其适宜栖息地范围受海洋水温条件的显著影响。本文根据2006-2015年7-11月中国鱿钓技术组提供的西北太平洋柔鱼冬生群体的捕捞数据以及海表温度（SST）数据，利用捕捞努力量与SST的频率分布关系，估算柔鱼各月适宜温度范围（PFSST），对1985-2015年柔鱼PFSST进行估算，同时分析柔鱼PFSST的年代际变化规律，并评估不同强度厄尔尼诺和拉尼娜事件对柔鱼栖息地的影响。研究表明，2006-2015年柔鱼各月适宜的SST具有明显变化，7-11月对应适宜的SST范围分别为16~19℃、17~21℃、15~19℃、14~16℃和12~13℃。单位捕捞努力量渔获量大小随PFSST变动而发生相应变化，两者具有显著正相关关系，这说明了柔鱼渔场范围内适宜温度面积增加，对应柔鱼资源丰度上升。1985-2015年柔鱼PFSST呈现显著的月间和年际变化，7-11月PFSST具有先增加后递减的变化规律，且7-9月PFSST年际波动相似，10和11月PFSST年际变化相似。同时，柔鱼PFSST与渔场内SST具有显著正相关关系。柔鱼渔场内PFSST受厄尔尼诺和拉尼娜事件调控，其面积随气候事件的强度发生变化，具体表现为:弱拉尼娜事件和正常气候条件下，柔鱼渔场范围内水温最高，适宜栖息面积显著增长；中等强度和高强度拉尼娜条件下，柔鱼渔场内平均水温较高，但适宜栖息面积较前两者显著减小；弱强度、中等强度和超高强度厄尔尼诺条件下，柔鱼渔场内水温均较低，但弱强度和超高强度厄尔尼诺条件下柔鱼适宜栖息面积均大于中等强度厄尔尼诺条件。     

The particle fluxes in sediment traps from Niulang Guyot area in the Northwest Pacific Ocean

The flux of settling particles in the ocean has been widely explored since 1980s due to its important role in biogenic elements cycling, especially in the transport of particulate organic carbon (POC) in the deep sea. However, research in the seamount area of the oligotrophic subtropical Northwest Pacific Ocean is lacking. In this work, two sediment traps were deployed at the foot and another two at the hillside of Niulang Guyot from August 2017 to July 2018. The magnitude and composition of particle fluxes were measured. The main factors influencing the spatial variations of the fluxes were evaluated. Our results indicated a low particulate flux from Niulang Guyot area in the Northwest Pacific Ocean, reflecting low primary productivity of the oligotrophic ocean. The total mass flux (TMF) decreased from 2.57 g/(m2·a) to 0.56 g/(m2·a) with increasing depth from 600 m to 4 850 m. A clear seasonal pattern of TMF was observed, with higher flux in summer than that in winter. The peak flux of 26.52 mg/(m2·d) occurred in August at 600 m, while the lowest value of 0.07 mg/(m2·d) was shown in February at 4 850 m. The settling particles at the deep layers had similar biochemical composition, with calcium carbonate (CaCO₃) accounting for up to 90%, followed by organic matter and opal, characteristics of Carbonate Ocean. The POC flux decreased more rapidly in the twilight layer because of faster decomposition, remineralization, and higher temperature. A small fraction of POC was transported into the deep ocean by biological pump. Particle fluxes were mainly controlled by the calcareous ballasts besides the primary productivity of the surface water. The advection may be another important factor affecting the flux in the seamount area. The combination of settled matters rich in foraminiferal tests with topography and currents may be the reason for regulating the local abundance of benthos on seamounts. Our results will fill in the knowledge gap of sedimentation flux, improve the understanding of ecosystem in Niulang Guyot area, and eventually provide data support for the optimization of regional ecological modeling.     

Chlorophyll a and primary production in the northeastern Pacific Ocean

The primary production and chlorophyll a concentration of picoplankton （0.2 - 2 μm） , nanoplankton （2 - 20μm） and micro- plankton （20 -200 μm） are described in the northeastern Pacific Ocean near the Hawaii Islands during the six survey cruises from 1996 to 2003：DY85-4, DY95-7, DY95-8, DY95-10, DY105-11 and DY105-12.14. The primary production of carbon was in range from 76.8 to 191.9 mg/（m^2 · d） with an average of 116.1 mg/（ m^2 · d） in the east region, and from 73.1 to 222.5 mg/（ m^2 · d） with an average of 127.1 mg/（ m^2 · d） in the west region, similar to the other oligotrophic regions of the Pacific Ocean investigated. The chlorophyll a concentration was about 0.1 mg/m^3 from the surface to the 50 m depth, about 0.2 -0.4 mg/m^3from 50 to 100 m, and gradually decreased below the 100 m depth. The picoplankton accounted for more than 70% of the total chlorophyll a in the upper layer （ surface to 125 m）, but it decreased to less than 50% in depth below 125 m. The nanoplankton and microplankton combined only accounted for less than 30% of the total chlorophyll a in the upper layer, but showed a more even vertical distribution.     

The investigation on particulate organic carbon fluxes with disequilibria between thorium-234 and uranium-238 in the Prydz Bay, the Southern Ocean

Dissolved and particulate thorium-234, particulate organic carbon in the upper 150 m of water columns from five stations in the Prydz Bay, the Southern Ocean were determined during the 22nd Chinese National Antarctic Research Expedition （from November 2005 to March 2006 ）. The disequilibria between thorium-234 and its parent uranium-238 in upper layer was used to derive the averaged residence time of thorium-234, which decreased along with the latitude to the south and a minimum value, 1 - 8 d for particulate thorium-234 and 29 - 48 d for dissolved thorium-234, appeared at the medium latitude station, and the export fluxes of thorium-234 were calculated too and ＇a maximum value, 0. 35 -0. 63 Bq/（m^3 · d） for the particulate thorium-234 and 0. 44 -0. 65 Bq/ （m^3 ·d） for the dissolved thorium-234, appeared at the same station. The export fluxes of particulate organic carbon at different water columns were derived by two methods with irreversible scavenging model, and the averaged values were 104. 7 mmol/ （ m2 · d ） （ E method） and 120. 6 mmol/（ m2·d ） （ B method ）, respectively, indicating that a relatively high new production would exist in summer in the Prydz Bay where it will play a potential significant role in sequestering the absorption CO2 to deeper ocean.     

Air-sea carbon fluxes and their controlling factors in the Prydz Bay in the Antarctic

The Prydz Bay in the Antarctic is an important area in the Southern Ocean due to its unique geographic feature. It plays an important role in the carbon cycle in the Southern Ocean. To investigate the distributions of carbon dioxide in the atmosphere and surface seawater and its air-sea exchange rates in this region, the Chinese National Antarctic Research Expedition （CHINARE） had set up several sections in the Prydz Bay. Here we present the results from the CHINARE-XVI cruises were presented onboard R/V Xue/ong from November 1999 to April 2000 and the main driving forces were discussed controlling the distributions of partial pressure of carbon dioxide. According to the partial pressure of carbon dioxide distributions, the Prydz Bay can be divided into the inside and outside regions. The partial pressure of carbon dioxide was low in the inside region but higher in the outside region during the measurement period. This distribution had a good negative correlation with the concentrations of ehlorophyll-a in general, suggesting that the partial pressure of carbon dioxide was substantially affected by biological production. The results also indicate that the biological produetion is most likely the main driving force in the marginal ice zone in the Southern Ocean in summer. However, in the Antarctic divergence sector of the Prydz Bay （about 64°S）, the hydrological processes become the controlling factor as the sea surface partial pressure of carbon dioxide is much higher than the atmospheric one due to the upwelling of the high DIC CDW, and this made the outside of Prydz Bay a source of carbon dioxide. On the basis of the calculations, the CO2 flux in January （austral summer） was -3.23 mmol/（m^2 · d） in the inner part of Prydz Bay, i.e. , a sink of atmospheric CO2, and was 0.62 mmol/（m^2 · d） in the outside part of the bay, a weak source of atmospheric CO2. The average air-sea flux of CO2 in the Prydz Bay was 2.50 mmol/（m^2 · d）.     

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.