Argo数据库的构建与渔业分析应用

遥感数据在渔业分析中应用广泛,但它只能提供海洋表层参考信息,远洋捕捞常常需要次表层环境信息辅助渔场预测。Argo剖面数据提供了从表层到2 000 m以浅的数据,利用Argo数据建立的次表层海况数据库可以为渔业分析提供更多的参考信息。从GDacs服务器自动定时下载数据并更新数据库,利用Akima插值方法处理垂直剖面数据,通过分析温度和盐度的变化情况计算出温跃层和盐跃层,以及其深度、厚度、强度等信息,利用反距离权重插值法绘制海洋次表层环境信息图,结合渔业信息数据可以很好地应用于渔业分析。研究亮点:多数金枪鱼类生活在海洋表层至100 m,温跃层限制了鱼类的上下移动。文章研究了Argo数据自动化处理,使用AKIMA、IDW插值生成温跃层上(下)界温度、盐度、深度、强度;根据温跃层深度选择用于辅助分析的水层;分析渔获量分布、变化等与海洋次表层环境特点的关系。     

热带印度洋大眼金枪鱼垂直分布空间分析

为了解热带印度洋大眼金枪鱼(Thunnus obesus)适宜的垂直和水平空间分布范围,采用Argo浮标剖面温度数据重构热带印度洋10℃、12℃、13℃和16℃月平均等温线场,网格化计算了12℃、13℃等温线深度值和温跃层下界深度差,并结合印度洋金枪鱼委员会(IOTC)大眼金枪鱼延绳钓渔业数据,绘制了12℃、13℃等温线深度与月平均单位捕捞努力渔获量(CPUE)的空间叠加图,用于分析热带印度洋大眼金枪鱼中心渔场 CPUE 时空分布和高渔获率水温的等温线时空分布的关系.结果表明,从垂直分布来看,热带印度洋中心渔场延绳钓高渔获率区域垂直分布在温跃层下界以下,在表层以下150~400 m 深度区间.从水平分布来看,12℃等温线,高 CPUE 区域大多深度值<350 m,众数为225~350 m;深度值超过500 m的区域CPUE普遍较低.13℃等温线,高值CPUE出现的地方大多深度值<300 m,众数为190~275 m;深度值超过400 m的区域CPUE普遍较低.全年在15oS以北区域,高渔获率的垂直分布深度更加集中.采用频次分析和经验累积分布函数,计算其最适次表层环境因子分布,12℃等温线250~340 m;13℃等温线190~270 m;12℃深度差30~130 m;13℃深度差0~70 m.研究初步得出热带印度洋大眼金枪鱼中心渔场适宜的水平、垂直深度值分布区间,可以辅助寻找中心渔场位置,同时指导投钩深度,为热带印度洋金枪鱼实际生产作业和资源管理提供理论支持.     

基于Argo数据的中西太平洋鲣渔获量与水温、表层盐度关系的初步研究

根据上海金汇远洋渔业公司2007年度在中西太平洋海域进行鲣Katsuwonus pelamis围网作业的生产数据以及Argo剖面浮标数据,利用地理信息系统软件Arcview,按1°×1°的格式绘制了各月产量、表层温度、表层盐度以及50m和200m水层温度等,并对数据进行了综合分析。结果表明：鲣的高渔获量区域主要分布于150°～153°E、160°-161°E,0°～2°S的水域;2007年最高月产量和最高单网平均日产量（CPUE）的月份分别为8月和2月;通过K—S检验,2007年最适表层温度为29．3～30．1℃,最适表层盐度为34．0～35．2;0～200m、50～200m水层的垂直温差为11℃时,渔获量达到最大。Shapiro—wilk正态性检验结果表明,渔获量与0—200m、50—200m水层的垂直温差服从正态分布关系。上述结论符合生产实践中获得的情况,表明Argo数据可以应用于渔业生产和科研中。     

Plankton populations at the bifurcation of the North Pacific Current

As the eastward‐flowing North Pacific Current approaches the North American continent it bifurcates into the southward‐flowing California Current and the northward‐flowing Alaska Current. This bifurcation occurs in the south‐eastern Gulf of Alaska and can vary in position. Dynamic height data from Project Argo floats have recently enabled the creation of surface circulation maps which show the likely position of the bifurcation; during 2002 it was relatively far north at ∼53°N then, during early 2003, it moved southwards to a more normal position at ∼45°N. Two ship‐of‐opportunity transects collecting plankton samples with a Continuous Plankton Recorder across the Gulf of Alaska were sampled seasonally during 2002 and 2003. Their position was dependent on the commercial ship’s operations; however, most transects sampled across the bifurcation. We show that the oceanic plankton differed in community composition according to the current system they occurred in during spring and fall of 2002 and 2003, although winter populations were more mixed. Displacement of the plankton communities could have impacts on the plankton’s reproduction and development if they use cues such as day length, and also on foraging of higher trophic‐level organisms that use particular regions of the ocean if the nutritional value of the communities is different. Although we identify some indicator taxa for the Alaska and California currents, functional differences in the plankton communities on either side of the bifurcation need to be better established to determine the impacts of bifurcation movement on the ecosystems of the north‐east Pacific.     

Argo数据研究应用现状与发展趋势

海洋在调节大气环流和气候变化中起着非常重要的作用,但是受到技术条件和观测资料的限制,人们对广阔海洋垂直剖面上的温、盐度和海流资料则获之很少,不能满足气候预测的需求.国际Argo计划的实施,提供了大量、密集的和准同步、准实时的海洋要素资料.有助于准确、全面地了解全球气候的变化;对分析大洋渔场的形成、渔业资源的分布有重大意义.目前,Argo数据已经被广泛地应用于很多领域,取得了不少研究和应用的成果.     

南太平洋长鳍金枪鱼垂直活动水层空间分析

为了解南太平洋长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)的垂直活动水层分布特征及其适宜的垂直活动水层深度,采用Argo数据重构了研究海域次表层20℃和25℃等温线深度场,并结合2010年~2012年中水集团南太平洋长鳍金枪鱼延绳钓渔船实际生产统计数据,绘制了20℃和25℃等温线深度与长鳍金枪鱼单位捕捞努力量渔获量(CPUE)叠加图,分析南太平洋长鳍金枪鱼的垂直活动水层分布特征。结果表明,研究海域20℃和25℃等温线深度存在明显的季节性变化,且长鳍金枪鱼渔场时空分布随着20℃等温线深度的220 m等深线和25℃等温线深度的140 m等深线时空变动而季节性南北移动。长鳍金枪鱼中心渔场主要分布于10°S以南、160°E~175°E之间,中心渔场所处海域,其20℃等温线深度多在220 m以深,超过250 m的海域CPUE均偏低;25℃等温线深度多在140 m以浅,浅于80 m的海域则难以形成中心渔场。采用频次分析与经验累积分布函数(ECDF)相结合的方法,计算出南太平洋长鳍金枪鱼适宜的垂直活动水层深度为88~238 m。文章初步得出了南太平洋长鳍金枪鱼的垂直分布特征及其适宜的垂直活动水层深度,可用于指导延绳钓投钩深度,为中国南太平洋长鳍金枪鱼延绳钓生产作业提供理论参考。     

基于GAM模型分析水温垂直结构对热带大西洋大眼金枪鱼渔获率的影响

通过模型分析环境变量对延绳钓大眼金枪鱼渔获率的影响,评估适宜垂直活动空间对大西洋大眼金枪鱼延绳钓渔获率的作用。首先采用回归分析检验环境变量对延绳钓渔获率(由单位捕捞努力渔获量(catch per unit fishing effort,CPUE)表示)的影响显著性,结合时空变量,采用GAM(generalized additive model)模型分析各变量对大眼金枪鱼CPUE非线性作用。模型结果表明,环境因子和时空变量对热带大西洋延绳钓大眼金枪鱼渔获率空间分布影响明显。大西洋大眼金枪鱼延绳钓的高渔获率月份出现在夏季和冬季,空间上在赤道以北和30?~50?W。12℃等温线深度对大眼金枪鱼延绳钓渔获率的影响表现为抛物线形状,高渔获率出现在深度较浅的250 m水层,随着12℃等温线深度的增加,大眼金枪鱼延绳钓渔获率降低。温跃层下界深度和深度差对大眼金枪鱼延绳钓渔获率的影响都是穹顶状。随着温跃层下界深度值和深度差由小变大至200 m,延绳钓渔获率递增;温跃层下界深度和深度差超过200 m后,延绳钓渔获率变小。温跃层下界深度和深度差对大眼金枪鱼延绳钓渔获率影响显著的水层分别是200 m和50 m。研究结果显示,12℃等温线深度和温跃层对热带大西洋延绳钓大眼金枪鱼渔获率影响是交叉的,在大眼金枪鱼适宜垂直活动水层受限到和延绳钓作业深度相同时,延绳钓渔获率最高;在适宜垂直活动空间过深或者过浅时,延绳钓渔获率都变小,但可以通过改变作业方式提高渔获率。采用延绳钓CPUE进行渔场和资源评估要考虑金枪鱼适宜垂直活动空间。     

大西洋中部延绳钓黄鳍金枪鱼渔场时空分布与温跃层的关系

为了解大西洋延绳钓黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)渔场适宜的温跃层参数分布区间,采用Argo浮标水温信息和大西洋金枪鱼会委员(International Commission for the Conservation of Atlantic Tunas ICCAT)的黄鳍金枪鱼延绳钓渔获数据,绘制了大西洋中部月平均温跃层特征参数和月平均单位捕捞努力量渔获量(Catch per unit effort CPUE)的空间叠加图,用于分析大西洋中部延绳钓黄鳍金枪鱼中心渔场时空分布和温跃层特征参数关系。分析结果表明:大西洋中部温跃层上界深度、温度具有明显的季节性变化,而温跃层下界深度、温度没有明显的季节变化特征。空间叠加图显示,1-6月份在赤道地区中心渔场主要分布在温跃层上界深度为20-60 m之间。7-9月份在60-80 m,同期在纳米比亚外海,中心渔场区域温跃层上界深度超过100 m。10-12月份,中心渔场区域温跃层上界深度下降到60 m左右。全年在赤道区域,中心渔场CPUE主要分布在温跃层上界温度26-29 ℃,低于24℃区域渔获率很低;温跃层下界深度在160-250 m,集中在230 m;温跃层下界温度在12-14 ℃之间,在此区间外CPUE值都比较低。7-11月份,在纳米比亚外海的中心渔场区域上界温度会低至20 ℃,下界深度分布在140-160 m,下界温度在14-15 ℃左右。数值计算得出大西洋中部黄鳍金枪鱼适宜的温跃层上界温度是26-28.9 ℃;适宜的温跃层下界温度和深度分别是12-14.9 ℃和150-249 m,而上界深度和中心渔场CPUE关系不明显。研究得出大西洋延绳钓黄鳍金枪鱼中心渔场温跃层各特征参数的适宜分布区间及季节变化特征,为延绳钓黄鳍金枪鱼实际生产作业和资源管理提供理论参考。     

基于Kriging方法Argo数据重构太平洋温度场研究

采用Kriging算法,将2007年1~12月份期间获得的太平洋海域的Argo剖面浮标资料重新构成3°×3°的月平均海温场。重构的温度场能较好地揭示太平洋暖流区、西边界流系的季节性变化和西边界流系强温度锋面。将插值数据与同一时期的实测数据进行比较。结果表明Kriging算法得到的海表温度最大误差0.7℃,平均误差0.3℃,平均相对误差0.7%,平均标准误差0.06℃,计算结果令人满意。进一步利用重构的太平洋表层及水下4个断面的温度场分析了太平洋海域的温度分布格局及季节变化,赤道海区表层暖水占主体,随着水深增加,东部冷水迅速往东扩展,在200 m时冷水基本把北上的太平洋暖水切断。     

Argo温盐资料在BCCGODAS2.0中的同化试验

基于国家气候中心新一代的海洋资料同化系统（BCCGODAS2.0）,对20042008年Argo温盐资料进行了同化试验,并利用TAO（International Tropical Ocean and Global Atmosphere/Tropical Atmosphere Ocean）、OISST（OptimallyZnterPolated Sea Surface Temperature）和SODA（Simple Ocean Data Assimilation）数据集进行了检验和评估。同化结果对01000m的整层海洋的模拟都有改善,尤其在混合层更为明显,能够使温度的均方根误差（RMSE,Root Mean Squared Error）减小3℃,盐度的均方根误差减小0.2psu。尤其是减小了北半球中高纬地区、北大西洋温度模拟的显著误差。模拟结果中在中西太平洋、印度洋地区明显的暖异常也在同化结果中得到了校正。通过TAO时间序列资料的验证表明,同化后能很好地模拟出热带附近上层海洋的季节变化震荡幅度。此外,同化之后,模拟的效果能得到较为稳定的改善,证明系统是稳定的,这对在业务上的应用打好了良好的基础。