基于多因子栖息地指数模型的南太平洋长鳍金枪鱼渔场预报

文章利用2008—2015年南太平洋长鳍金枪鱼 (Thunnus alalunga) 延绳钓渔业数据,结合11个环境指标 (海表温度、叶绿素a (Chl-a)浓度、海表温度距平、叶绿素距平、海表温度梯度、叶绿素梯度、海平面异常以及渔区格网对应的前后各1个月海表温度和叶绿素值) 和3个时空指标 (月、经度和纬度),并基于6种集成学习模型,以月为时间分辨率、0.5°×0.5°为空间分辨率,开展了南太平洋长鳍金枪鱼渔场模型构建和预报研究。模型通过10折交叉验证和网格搜索思想确定最佳参数,采用的随机森林、Bagging决策树、C5.0决策树、梯度提升决策树、AdaBoost、Stacking集成模型分别取得了75.52%、73.87%、72.99%、71.14%、71.33%、75.84%的分类准确率。经对比,Stacking集成模型准确率最高。利用2015年环境数据进行预报精度检验,预报总体准确率为63.86%~82.14%,平均70.99%;高单位捕捞努力量渔获量 (Catch per unit effort, CPUE) 渔区预报准确率为62.71%~97.85%,平均78.76%。结果表明Stacking集成模型对南太平洋长鳍金枪鱼渔场的预报具有较好的效果及可行性。

     

基于集成学习的南太平洋长鳍金枪鱼渔场预报模型研究

文章利用2008—2015年南太平洋长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)延绳钓渔业数据,结合11个环境指标(海表温度、叶绿素a (Chl-a)浓度、海表温度距平、叶绿素距平、海表温度梯度、叶绿素梯度、海平面异常以及渔区格网对应的前后各1个月海表温度和叶绿素值)和3个时空指标(月、经度和纬度),并基于6种集成学习模型,以月为时间分辨率、0.5°×0.5°为空间分辨率,开展了南太平洋长鳍金枪鱼渔场模型构建和预报研究。模型通过10折交叉验证和网格搜索思想确定最佳参数,采用的随机森林、Bagging决策树、C5.0决策树、梯度提升决策树、AdaBoost、Stacking集成模型分别取得了75.52%、73.87%、72.99%、71.14%、71.33%、75.84%的分类准确率。经对比,Stacking集成模型准确率最高。利用2015年环境数据进行预报精度检验,预报总体准确率为63.86%～82.14%,平均70.99%;高单位捕捞努力量渔获量(Catch per unit effort, CPUE)渔区预报准确率为62.71%～97.85%,平均78.76%。结果表明Stacking集成模型对南太平洋长鳍金枪鱼渔场的预报具有较好的效果及可行性。     

南太平洋延绳钓长鳍金枪鱼生物学组成及其与栖息环境关系

长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)经济价值高,是我国延绳钓渔业重要的目标鱼种。根据2013年9月~2014年1月和2014年4~8月我国金枪鱼观察员在南太平洋东部海域收集的长鳍金枪鱼样本和海洋环境数据,对其生物学组成和栖息环境进行了研究。结果表明:叉长(FL,cm)与体质量(WW,kg)的关系为:WW=3×10-5×FL2.909 9(雌雄性,R2=0.915 3);体长(TL,cm)与叉长(FL,cm)关系为:TL=1.033 6FL+2.555(R2=0.961 4);叉长(FL,cm)与两背鳍间距(LD1D2,cm)的关系为:LD1D2=0.248 5FL+1.238 1(R2=0.815 1);利用各水层长鳍金枪鱼渔获率(catch per unit effort,CPUE)推测其主要的栖息水层为150~270 m,栖息水层温度范围16~22℃,盐度范围35.0~35.6,其中最高资源丰度主要分布在190~230 m的水层,对应的温度为18~20℃,盐度为35.2~35.4。研究结果可为掌握南太平洋长鳍金枪鱼栖息环境提供基础数据。     

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10S 以南、160E～175E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。     

基于栖息地指数的东太平洋长鳍金枪鱼渔场分析

长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)是东太平洋海域重要的金枪鱼种类之一,也是我国金枪鱼延绳钓的主要捕捞对象之一。本文根据2009~2011年美洲间热带金枪鱼委员会(IATTC)在东太平洋海域(20°N~30°S、85°W~150°W)长鳍金枪鱼延绳钓生产统计数据,结合海洋遥感获得的表温(SST)和海面高度(SSH)的数据,运用一元非线性回归方法,以渔获产量、单位捕捞努力量CPUE为适应性指数,按季度分别建立了基于SST和SSH的长鳍金枪鱼栖息地适应性指数,采用算术平均法获得基于SST和SSH环境因子的栖息地指数综合模型,并用2012年各月实际作业渔场进行验证。研究结果显示,在东太平洋长鳍金枪鱼的栖息地预测中,以CPUE为适应性指数的栖息地指数模型比以渔获量为适应性指数的栖息地指数模型预测更为准确。2012年中心渔场的预报准确性达75%以上,具较高预报准确度,可为金枪鱼延绳钓渔船寻找中心渔场提供指导。     

南太平洋长鳍金枪鱼资源不同尺度的空间格局特征

长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)是延绳钓渔业主要捕捞目标物种,占金枪鱼年渔获量的1/3。南太平洋的长鳍金枪鱼资源丰富,探究其渔业资源的空间格局特征,分析是否存在空间尺度差异,对其渔业资源的合理利用和保护具有重要意义。根据2015—2019年中国大陆延绳钓渔捞日志数据,按季度以3种空间尺度进行聚合(1°、2°和5°),以及中西太平洋渔业委员会提供的5°网格数据,分别计算其空间格局特征,以比较不同空间尺度下资源分布格局的差异。结果表明：1)南太平洋长鳍金枪鱼资源空间格局方向特征的椭圆扁率大,所有尺度的空间格局均呈现显著的东西向分布,且资源的空间格局特征(资源的分布范围、扁率、分布方位角等)呈明显的季节性波动特征;2)同源的3种不同尺度数据反映的资源空间格局差异性较小,而不同源数据反映的则差异性较大;3)在同尺度5°网格数据中,相较于中西太平洋委员会数据,渔捞日志数据中空间格局的资源中心更偏东南,偏东约10°经度;4)采用较大尺度聚合的数据反映出的资源空间聚集特征更强,且不同尺度数据得到的资源空间热点区域有一定差异。     

南太平洋长鳍金枪鱼延绳钓渔获率与环境因子的关系研究

为掌握不同水层的环境因子对长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)延绳钓渔获率的影响,根据2015-2017年中国大陆在该海域的长鳍金枪鱼延绳钓渔捞日志资料,结合同期海洋环境数据,采用广义可加模型(Generalized additive model,GAM)对渔获率与各因子的关系进行研究。通过相关分析获取各环境因子相关系数,对相关性较大的环境因子分组建模。结果表明:1)海表面温度与120 m水深温度、海表面温度与海表面高度、120 m水深温度与海表面高度、300 m水深温度与300 m水深盐度为高度相关因子,海表面盐度、叶绿素a浓度、海表风场南北分量与其他环境因子之间的相关性均较小;2)模型的总解释偏差介于30%~40%,各环境因子重要性依次为120 m水深温度、海表温度、300 m水深温度、120 m水深盐度、海表面高度、300 m水深盐度、海表盐度、混合层深度、海面风场南北分量、海面风场东西分量、叶绿素a浓度;3)120 m水深温度与单位捕捞努力渔获量(CPUE)在15~30℃呈负相关。海表温度整体趋势与120 m水深温度类似,其中在25~28℃呈正相关。300 m水深温度与CPUE在10~18℃呈现明显的正效应关系。     

基于LightGBM的南太平洋长鳍金枪鱼渔场预报模型研究

长鳍金枪鱼以高经济效益、资源丰富等优点成为世界金枪鱼渔业主要捕捞目标之一,进行长鳍金枪鱼渔场预报研究,可以有效提高渔获产量,对渔业生产具有重要意义.传统的线性模型在面对复杂多变的海洋环境数据时无法准确分析其关键因子.本研究选取2000—2015年南太平洋长鳍金枪鱼的延绳钓生产数据,结合海表温度、叶绿素a质量浓度和海面高...     

南太平洋所罗门群岛海域黄鳍金枪鱼的渔业生物学特性

根据2010年8~10月,在南太平洋所罗门群岛海域延绳钓作业渔场所采集的黄鳍金枪鱼数据,对其渔业生物学特性进行了初步分析。结果表明,1）叉长为47.5~166.5 cm,平均叉长为112.7 cm,优势叉长为80.0~90.0 cm和100.0~140.0 cm（75.0%）;体重为2.0~72.0 kg,平均体重为26.5 kg,优势体重为5~10 kg和15~40 kg（68.6%）,雌、雄个体大小差异明显（ANOVA,P<0.01）;2）体重（RW）与叉长（FL）、纯重（DW）的关系分别为RW=1.159×10-5FL3.070和RW=1.118DW+0.684（不分性别）;3）雌、雄性比为1∶1.2。各叉长组性比变化显著（χ2=1 093.386,P<0.001）,叉长大于140 cm时,雄性个体占优势;4）性腺发育以Ⅱ期为主（50%）,初次性成熟叉长为113.4 cm。达到性成熟的个体中,34.0%的个体发育至Ⅴ期以上,说明调查期间为黄鳍金枪鱼繁殖期;5）空胃率高达51.6%,摄食种类主要为鱼类（67.5%）、头足类（18.0%）和甲壳类（14.5%）。不同叉长组的摄食等级存在显著变化（χ2=400.782,P<0.001）。     

基于ADASYN和Stacking集成的南太平洋黄鳍金枪鱼渔场预报模型研究

为提供更为准确的南太平洋黄鳍金枪鱼(Thunnus albacores)渔场预报信息,针对传统渔场分类问题中渔场和非渔场样本数据分布不均衡的问题,提出了一种基于自适应综合过采样(ADASYN)和Stacking集成的渔场分类模型——A-Stacking模型。利用2008—2019年南太平洋黄鳍金枪鱼的渔业数据,结合时空因子、海洋环境因子共32个特征要素(月份、经纬度、海平面异常、涡动能、叶绿素a浓度、叶绿素梯度、叶绿素距平、海表温度梯度、海表温度距平以及0～500 m水层的垂直温度和盐度)建立了南太平洋黄鳍金枪鱼渔场预报模型。为了验证模型的可靠性,将CART、Adaboost、GBDT、XGBoost、KNN、RF和Stacking模型对照。结果显示,A-Stacking模型具有更高的准确率、召回率、F1-score、G-mean和AUC值,且模型的ROC曲线和PR曲线能较好地包含其他模型,表明模型的分类效果更好。研究表明,A-Stacking集成模型对南太平洋黄鳍金枪鱼渔场的预报效果较好,能有效处理不均衡数据的渔场分类问题,可为今后的渔场预报方法提供参考。     

利用鳍条研究北太平洋长鳍金枪鱼的年龄与生长

根据2013—2014年在大连远洋渔业金枪鱼钓有限公司的超低温金枪钓渔船“天祥”16号船上采集的258个鳍条样品为基础(从845尾长鳍金枪鱼样本中随机选取了258个鳍条样本),研究了北太平洋长鳍金枪鱼的年龄和生长情况。研究首次采用了3个不同的切割位置(鳍条全长的10%、20%、50%标记段)对鳍条截面进行处理,利用线性函数、指数函数和幂函数分别拟合长鳍金枪鱼叉长和鳍条截面半径之间的关系,采用赤池信息准则(AIC)来获得最优化的函数,并计算其逆算叉长,最后得到北太平洋长鳍金枪鱼的生长方程、生长拐点以及生长率和生长指标。研究表明,北太平洋长鳍金枪鱼的主要年龄段集中在4~6龄,不分雌雄的生长方程为L_t=112.231×[1-e^{-0.277 132×(t+1.435)}],拐点年龄为2.53,生长率和生长指标随着年龄的增长呈递减的趋势,且年龄越大变化越小。本研究可为北太平洋长鳍金枪鱼的资源状况评估及渔业可持续发展提供生物学信息。     

北太平洋长鳍金枪鱼卵巢的发育特征

根据2013年10月–2014年2月在北太平洋海域(29°08′~41°08′N,163°50′~144°19′W)采集的364尾长鳍金枪鱼的卵巢样本,利用组织学分析,详细描述了长鳍金枪鱼卵巢、卵细胞的发育阶段。结果显示,北太平洋长鳍金枪鱼卵巢内同时存在不同时相的卵细胞,为分批产卵类型;组织学上,长鳍金枪鱼的卵细胞发育过程分为6个时相,卵巢发育过程分为6个时期;卵巢成熟指数在成熟期为Ⅰ~Ⅴ期时逐渐增大,在Ⅵ期时减小;北太平洋长鳍金枪鱼产卵高峰为12月中旬和1月初,其卵巢成熟指数随纬度的升高呈递减趋势,随经度变化规律不明显。研究表明,通过对北太平洋长鳍金枪鱼卵巢的发育特征的分析与探讨,可为北太平洋长鳍金枪鱼的资源状况评估及渔业可持续发展提供生物学信息。     

基于最大熵模型分析西南大西洋阿根廷滑柔鱼栖息地分布

根据2008—2010年中国鱿钓船在西南大西洋海域得到的生产数据及海洋环境数据(海表面温度,sea surface temperature,SST;海面高度sea surface height,SSH;叶绿素-a浓度,chlorophyll-a,chl.a),利用最大熵模型(Max Ent)分析捕捞主渔汛期间(1—4月)阿根廷滑柔鱼的潜在栖息地分布,同时与实际作业位置相比较,结合海洋环境因子分析不同年份分布差异的原因。模型运算结果显示:阿根廷滑柔鱼潜在分布区域的变化与实际作业位置变动基本一致;南北方向上,2008年和2009年的潜在分布区域较为广泛,而2010年的潜在分布区域较为狭窄,且主要分布在45°S以南的区域。Jackknife检验表明,SST是影响阿根廷滑柔鱼分布的首要环境因子,SST等温线分布可用来表征海流的强弱进而影响阿根廷滑柔鱼的分布,其中12°C等温线可以作为寻找渔场的一个指标。SSH等高线分布及其涡的变化也会影响到阿根廷滑柔鱼分布。chl.a只能间接地反映阿根廷滑柔鱼渔场的分布,不能很好地作为表征其分布的环境因子。研究表明,分析阿根廷滑柔鱼栖息地分布及其差异原因应主要观察SST和SSH的变化。     

运用生物量动态模型评估印度洋长鳍金枪鱼资源

印度洋金枪鱼延绳钓渔业是我国远洋渔业的重要组成部分,海洋不同深度的水温影响到长鳍金枪鱼 (Thunnus alalunga) 延绳钓渔获率。文章利用2008—2017年延绳钓生产作业数据,并结合Argo浮标水温数据,采用广义加性模型 (Generalized additive model, GAM) 分析长鳍金枪鱼空间分布与不同深度水温之间的关系。结果表明,海表面 (0 m)、200和400 m 3个水层的温度显著影响长鳍金枪鱼的空间分布,最优的GAM模型对渔获率 (单位捕捞努力量渔获量,Catch per unit effort, CPUE) 的方差解释率为53.3%,模型拟合的决定系数为0.527。长鳍金枪鱼渔获率与所选取的3个水层温度均呈非线性关系,高渔获区集中分布于17~30 ℃的表层海域,17~20 ℃的200 m层海域,9~15 ℃的400 m层海域,以及他们的交集海线。文章初步得出了南印度洋长鳍金枪鱼空间分布与水深断面温度的关系,可为指导长鳍金枪鱼的合理生产提供技术支撑。     

基于最大熵模型模拟西北太平洋柔鱼潜在栖息地分布

为模拟西北太平洋柔鱼(Ommastrephes bartramii)潜在栖息地分布,分析柔鱼渔场时空变化和环境变化规律。利用2011—2015年中国鱿钓船在西北太平洋海域获得的柔鱼渔业生产数据,结合该海域海洋环境遥感数据,包括海表面温度(sea surface temperature, SST)、叶绿素a (Chlorophyll-a, Chl a)浓度、净初级生产力(net primary productivity, NPP)、混合层深度(mixed layer depth, MLD)及海平面异常(sea level anomaly, SLA),采用最大熵模型对柔鱼潜在栖息地进行模拟,并利用ArcGIS软件对栖息地适宜性进行评价。结果显示,7月柔鱼最适宜区主要分布在39°N～43°N, 150°E～163°E。8月柔鱼最适宜区向东移动,较适宜区向北扩张至46°N。9月柔鱼最适宜区和较适宜区面积向西缩小,主要集中在40°N～46°N, 150°E～160°E。10月最适宜区和较适宜区向南移动,主要分布在40°N～45°N,150°E～165°E。各月影响柔鱼潜在分布的重要环境因子有所差异,7—8月为SST,9月为MLD和SST,10月为NPP和SST。研究表明西北太平洋柔鱼分布受海洋环境因子的影响,时空变化明显,最大熵模型对西北太平洋柔鱼潜在栖息地分布的模拟精度非常高。     

中西太平洋长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)延绳钓渔场分布的时空变化

为提高中西太平洋金枪鱼延绳钓渔业作业效率和应对多变的渔业政策等提供参考,本研究根据2011年2月-2012年1月间中水集团远洋渔业股份有限公司的10艘延绳钓渔船的作业数据,结合海洋表层水温(SST)等环境因子,统计分析了单位努力量渔获量(CPUE)、渔获量和SST之间的关系并利用频度累加法分析了该海域长鳍金枪鱼渔场分布的时空变化。结果显示,中西太平洋海域,深度为200 m和150 m的水温全年基本维持不变,但SST变动较大并对渔场分布和CPUE有较大影响。渔场的周年变动是由14°S左右向26°S转移再回归14°S的一个往复过程;20°S以北的渔场全年连续存在,高渔获量和高产CPUE主要分布于SST为28-29℃的水域;23°S以南的渔场,因为受到复杂天气状况的限制,只有5-8月适合生产作业,高渔获量和高产CPUE主要分布于SST为22-24℃的水域,被调查船只在南部渔场,在此期间,被调查作业船只以全年14.4%的作业天数,捕获了占全年总渔获量27.6%的长鳍金枪鱼渔获物。若加强作业船只和渔具的抗风浪性,则可以在25°S以南的海域探索新的全年稳定存在的长鳍金枪鱼渔场。     

印度洋长鳍金枪鱼资源评估的影响因素分析

多个模型被用于印度洋长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)的资源评估,但这些模型的评估结果均存在较大的不确定性,为此,本文对影响印度洋长鳍金枪鱼资源评估的因素进行了分析。分析结果认为:(1)由于渔业数据存在不报、漏报或混报及采样样本数过低、采样协议出现变化等问题,造成印度洋长鳍金枪鱼渔业的渔获量、体长组成或年龄组成数据存在质量问题;(2)尽管对单位捕捞努力渔获量(catch per unit effort,CPUE)进行了标准化,但目标鱼种变化及捕捞努力量空间分布变化仍严重影响了标准化CPUE数据的质量;(3)印度洋长鳍金枪鱼的种群生态学及繁殖生物学研究仍比较薄弱,种群结构、繁殖、生长、自然死亡信息比较缺乏,在资源评估中,相关参数设置需借用其他洋区的研究结果;(4)海洋环境对印度洋长鳍金枪鱼的资源变动与空间分布具有显著影响,但评估模型较少考虑海洋环境的影响。由于上述问题的存在,导致当前评估结果存在较大不确定性。未来,应继续探索提高资源评估质量的方法,同时研究建立管理策略评价框架,以避免渔业资源评估结果的不确定性对该渔业可持续开发的影响。     

GLM和GAM模型研究东黄海鲐资源渔场与环境因子的关系

根据2015年5—10月间西北太平洋公海鲐(Scomber japonicus)灯光围网渔船作业信息及海表面温度(sea surface temperature,SST)和海表面高度(sea surface height,SSH) 2种海洋环境因子,利用最大熵模型(maximum entropy model,MaxEnt)分析盛渔期(5—10月)西北太平洋公海鲐的潜在栖息地分布,同时与实际作业位置相比较,分析海洋环境因子与不同月份分布差异之间的相互关系。模型计算结果显示,西北太平洋公海鲐历史作业区域变动与鱼种潜在栖息地分布区域的变化基本一致;经度方向上6—9月变动较显著,主要集中在147.5°E~152.5°E,以西–东–西方式波动;纬度方向上主要集中在40°N~42°N附近。Jackknife检验表明,SST是影响西北太平洋公海鲐栖息地分布的首要因子。SSH极大值和极小值交汇也会影响鲐的中心渔场的分布。该研究表明,SST和SSH的变化是造成西北太平洋公海鲐潜在栖息地分布及其差异的主要原因。