西北太平洋主要小型中上层鱼类资源量对大尺度气候-海洋环境变化的响应研究

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小型中上层鱼类是北太平洋海域重要的渔业资源,具有生命周期短、生长速度快、高集群性等特点,其资源年间波动显著,且受气候-海洋变化的影响。本文围绕秋刀鱼(Coloabis saira)、鲐鱼(Scomber japonicus)、沙丁鱼(Sardinops sagax)3种主要的小型中上层鱼类,评估了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o/La Ni?a-Southern Oscillation,ENSO)、太平洋年代际振荡(The Pacific Decadal Oscillation,PDO)、黑潮-亲潮(Kuroshio-Oyashio,KR-OY)等关键气候-海洋指数的特点及对鱼类栖息地环境和资源变动的影响。梳理了气候-海洋变化对小型中上层鱼类的洄游分布和资源丰度的直接影响过程,探讨对亲体繁殖产卵、仔稚体存活率及资源量波动间接的滞后影响。结合(交)相关性检验结果,采用向量自回归模型(Vector Autoregression,VAR)模型预测小型中上层鱼类捕捞渔获量。得到的主要结果如下:一、对比近24年来大尺度气候指数、海洋环境指数和鱼类渔获量波动趋势发现:1、太平洋年代际振荡指数(the Pacific decadal oscillation index,PDOI)与El Ni?o3.4指数(ocean Ni?o index,ONI)的波动趋势一致,北太平洋环流振荡指数(North Pacific gyre oscillation index,NPGOI)与南方涛动指数(southern oscillation index,SOI)的变化趋势基本相似。2、黑潮及黑潮延伸区海域年间波动区间小,适合生长脆弱且极易受海洋环境变化影响的幼鱼生存,而亲潮及其延伸区海域的海水表面温度(Sea surface temperature,SST)波动较大,强烈的水流交换带来丰富的养分,适合成熟鱼进行索饵洄游。3、西北太平洋黑潮及黑潮延伸海域内的海表温梯度(sea surface temperature gradient,SSTG)较小,而在亲潮-黑潮交汇区海域的SSTG数值较高。4、主要小型中上层鱼类捕捞渔获量总体呈现增长的趋势,相较于鲐鱼、沙丁鱼,秋刀鱼资源波动更为剧烈。二、在较小时间尺度和空间尺度下,分析大尺度气候指数自身及与海洋环境之间的最大滞后相互关系,结果发现:1、SOI与ONI相关性的最强烈,其次是PDOI,NPGOI与PDOI的相关关系最为密切,两者通过遥相关不同阶段的ENSO现象产生关联,极地指数(Arctic oscillation index,AOI)与代表海表温度距平(sea surface temperature anomaly,SSTA)值的ONI、PDOI短期内无直接相关关系。2、各海域SST及SSTG的年间变动与当年大尺度气候的年间波动无显著性关系,而月均大尺度气候与各海域海洋环境指数之间具有滞后的最大相关关系。各海域SST滞后于PDO事件1-2月后出现最大负相关性,在间隔5-6个月时,SOI与黑潮亲潮交互区海表温度(SST-TZ)间的相关系数最高;PDO事件发生6-8月后SSTG与之相关性最大,在间隔8-10个月时,SOI与黑潮亲潮交互区海表温梯度(SSTG-TZ)间的相关系数最高;西北太平洋温度参数与ONI、SOI、AOI无明显的相关关系。三、根据1995-2018年西北太平洋小型中上层鱼类捕捞渔获数据,参考上述交相关性分析方法,探索小型中上层鱼类渔获量之间及与气候-海洋指数波动的相关关系。结果表明:1、秋刀鱼渔获量与PDOI呈滞后-1、3—4年的最大正相关关系;ONI、PDOI、NPGOI与鲐鱼渔获量具有显著相关关系,相关性检验表明鲐鱼渔获量滞后PDOI2—3年时相关性最大,滞后NPGOI 4年时具有最大相关关系;NPGOI与沙丁鱼渔获量具有显著相关关系,PDOI与滞后5年的沙丁鱼渔获量具有最大正相关关系;年均SOI和AOI与主要小型中上层鱼类年均资源量无显著相关性。2、春季气候指数与小型中上层鱼类无显著相关关系;夏季ONI和PDOI与鲐鱼资源量呈显著正相关;秋、冬季节的NPGOI与秋刀鱼资源量呈显著正相关关系,与鲐鱼及沙丁鱼资源量呈显著负相关关系。3、相较于SST,鲐鱼资源量与SSTG关系更为显著,秋刀鱼、沙丁鱼渔获量与SST、SSTG均具有显著相关关系。4、秋刀鱼与沙丁鱼的年均捕捞渔获量具有显著的负相关关系,鲐鱼和沙丁鱼及秋刀鱼捕捞量无显著相关关系。四、为了相对准确的预测鱼类资源丰度的年间趋势,本文基于过去的经验值和同一系统的其他变量,构建了九个VAR模型,分析气候突变对小型中上层鱼类渔获量的动态冲击,从而解释各种大尺度气候波动对捕捞渔获量形成的影响。结果发现:1、具有显著相关关系的变量均满足VAR实现的前提——通过ADF序列平稳性检验,除NPGOI外其他变量均通过协整检验,说明模型变量间存在长期稳定的关系。2、关于最大滞后为4的格兰杰因果检验结果认为,除AOI之外,西北太平洋鲐鱼渔获量(CM-TC)、ONI、SOI、PDOI、NPGOI的前期变化均对后期的西北太平洋沙丁鱼渔获量(JS-TC)产生显著影响;JS-TC、ONI、SOI、PDOI、NPGOI的前期变化均对后期的CM-TC产生影响。3、预测值评估结果显示,VAR(4-6)模型能够根据ONI、PDOI、NPGOI、AOI准确预测JS-TC,VAR4可作为沙丁鱼最适模型。建议今后应通过改进研究方法和融合其他领域以更深入的分析北太平洋渔业资源波动对气候变化的响应机制。1、在多种气候-海洋指数基础上添加种群动态过程、捕捞方式系数、自然死亡率等参数构建生物量动态模型,揭示气候-海洋变化对渔业资源量的影响过程;2、结合北太平洋涛动(North Pacific Oscillation,NPO)、北极涛动(Arctic Oscillation,AO)、北太平洋环流振荡(North Pacific Gyre Oscillation,NPGO)等其他北太平洋主要气候,基于物理海洋模型及空间耦合水动力学模型研究大尺度海流、中尺度涡旋对小型中上层鱼类影响。
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