空间多尺度下西北太平洋柔鱼空间模式及其与海洋环境的关系

发布时间：2020-11-04 09:02

　　 海洋经济鱼类具有水平和垂直移动的生活习性、并且易受到环境因素的影响,因此其空间分布复杂且随时间(年、月、旬等)发生变动。传统的渔业资源空间分布研究均基于某一空间尺度(网格)而开展,因此研究结果只在该尺度下成立。研究表明,空间尺度对渔业的空间分析及其分布模式具有至关重要的影响,即空间模式对尺度的选择具有强烈的敏感性。然而,空间尺度如何影响渔业空间模式的分析、如何影响CPUE-环境因子的关系、如何影响渔业栖息地建模与预测等问题在文献中并未得到充分阐述,亟需对上述问题进行系统分析和深度解释,从而为渔业资源空间分析、渔业资源调查等提供有效的尺度推荐。针对上述科学问题,本文以西北太平洋柔鱼(Ommastrephes bartramii)为例,开展空间多尺度下空间模式及其与海洋环境关系的研究。柔鱼是西北太平洋重要的海洋经济鱼类之一,是我国大陆、台湾、韩国和日本等国家和地区重要捕捞对象。本文的研究数据包括2004-2013年的7-11月的商业捕捞原始数据,海洋环境因子包括海表盐度(SSS)、海表温度(SST)、叶绿素a浓度(Chl-a)与海表面高度(SSH)。为了进行多尺度分析,把原始的商业捕捞数据和海洋环境数据按照5'为间隔,划分成12个空间尺度,包括原始空间尺度在内共13个。在空间多尺度下,采用热点分析方法分析柔鱼的局部空间模式、采用广义可加模型(GAM)探测CPUE-环境因子的关系、采用栖息地适宜性指数(HSI)评价柔鱼的生境适宜性,同时系统研究上述三者的空间尺度关系和尺度效应。(1)在空间多尺度下,针对不同月份(7-11月)的柔鱼资源探测其冷点和热点(中心渔场)的分布模式,分析柔鱼资源的冷热点随空间尺度的变化;结合区域内的环境因子,分析SSS、SST、Chl-a和SSH随空间尺度的变化规律。根据冷热点的z-score进行最显著空间尺度的定性判断,研究表明各月份的最显著尺度差异较大,表明月份对渔业数据空间尺度效应的影响较为显著。冷热点区域内的环境因子尺度研究表明,四个环境因子的平均值、标准差、偏态和峰态等统计量,均随空间尺度产生强烈的变化,然而由于拟合优度非常地(R~2)小,这种变化并不存在显著的数学规律。这指示了空间热点分布、环境因子分布的空间复杂性,而同时尺度响应的复杂性可能来自于空间数据结构本身和重采样处理。(2)在空间多尺度下,通过GAM建立柔鱼CPUE与时空、环境等因子的关系,而GAM的统计量(解释偏差和因子位序)是指示因子对CPUE作用的重要指标。本文进一步研究了GAM中因子位序、以及解释偏差的空间尺度关系,从而分析了柔鱼CPUE与各个因子关系的空间尺度效应。因子位序表明,时间因子(Year和Month)对柔鱼CPUE影响最大,其次是空间因子(Lon和Lat)和海洋环境因子(SST、SSS、SSH和Chl-a)。因子Year、Month、SSS和Chl-a的解释偏差指标服从二次多项式的尺度关系,Lat和SST服从幂律的尺度关系,Lon具有线性尺度关系,SSH呈指数尺度关系。不同尺度下,所有因子的累积解释偏差服从二次多项式关系。结合因子排序的尺度敏感性和GAM的累积解释偏差,本文认为30'-45'为研究柔鱼CPUE与环境关系的最佳空间尺度范围。(3)在空间多尺度下,选择2005-2013年的渔业数据和环境数据建立HSI模型,研究各个环境因子影响柔鱼生境适宜性的空间尺度关系,并确定HSI建模的最佳空间尺度。选择2004年的渔业数据,采用反距离加权插值方法验证所确定的最佳尺度。SST和Chl-a与CPUE建立的单因子适宜性指数(SI)服从对数规律和二次多项式规律,SSS和SSH未表现出显著的数学规律。SSS与Chl-a与捕捞努力量建立的SI服从二次多项式规律,SSH服从线性规律,SST未表现出显著的数学规律。采用算数平均法计算HSI,基于CPUE和捕捞努力量(Effort)的HSI都服从二次多项式关系。2004年数据验证表明,基于CPUE的HSI建模应该优先选择30'-55'(35'除外),基于Effort的HSI建模20'为最佳空间尺度。总体上,基于CPUE的HSI尺度规律的拟合优度更高(R~2=0.90),相同尺度下CPUE的HSI高于Effort的HSI,通过HSI研究柔鱼与海洋环境时应该优先选择CPUE。本文在空间多尺度探索柔鱼资源的空间分布、CPUE-环境因子关系和生境适宜指数的尺度关系与尺度效应,确定不同角度时的最佳空间尺度范围。这些多尺度空间关系的研究为渔业资源的空间尺度问题研究提供了新的解决思路,为渔业资源调查提供理论支撑,同时也有利于渔业资源的合理开发与科学管理。
【学位单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S931
【部分图文】：

技术路线图

2.1 材料2.1.1 渔业数据本文的研究区域为 38°N-45°N、148°E-160°E，该范围是西北太平洋的传统渔场图，如图 2-1（a）。商业捕捞数据由上海海洋大学中国鱿钓技术组提供。这些商业数据的元素包括船名、日期、经纬度、日渔获量及相应的捕鱼次数等。这些数据是在 2004-2013 年 7 月至 11 月期间收集的。其中，2005 年 7 月、9 月和11 月，鱿钓组没有报告研究区的渔业数据。本文采用的原始商业性渔业数据是在这十年中的 47 个月内收集的。图 2-1（b）显示了十年来原始商业性渔业数据的空间格局，表明中部和东北部地区的分布较为密集。

上海海洋大学硕士学位论文（ANN）方法进行评估[76]。根据平均最近邻计算的每个特征质心与其最近邻居的质心位置之间的距离测量所有捕鱼点之间的平均距离[77]。根据 ANN[78]的计算，西北太平洋柔鱼的原始数据的估计空间尺度为 0.78'。为了验证不同空间尺度下柔鱼资源的分布情况，绘制了包括 15'×15'、30'×30'、45'×45'和 60'×60'在内的四个尺度的网格处理图（2-2）。
【参考文献】

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本文编号：2869914