印度洋大眼金槍魚和黃鰭金槍魚漁場水溫垂直結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化

楊勝龍, 馬軍杰, 伍玉梅, 唐峰華, 張 衡, 周甦芳

(1. 中國水產(chǎn)科學研究院 東海水產(chǎn)研究所 漁業(yè)資源與遙感信息技術(shù)重點開放實驗室, 上海 200090; 2. 同濟大學 法學院/知識產(chǎn)權(quán)學院, 上海 200092)

印度洋大眼金槍魚和黃鰭金槍魚漁場水溫垂直結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化

楊勝龍1, 馬軍杰2, 伍玉梅1, 唐峰華1, 張 衡1, 周甦芳1

(1. 中國水產(chǎn)科學研究院 東海水產(chǎn)研究所 漁業(yè)資源與遙感信息技術(shù)重點開放實驗室, 上海 200090; 2. 同濟大學 法學院/知識產(chǎn)權(quán)學院, 上海 200092)

為了解印度洋大眼金槍魚(Thunnus obesus)和黃鰭金槍魚(Thunnus albacares)主要作業(yè)漁場溫躍層上界溫度、深度和垂直溫差時空變化特征, 采用2007～2010年Argo溫度剖面浮標資料, 計算了印度洋大眼金槍魚、黃鰭金槍魚主要作業(yè)漁場次表層溫度和溫躍層特征參數(shù)。研究認為, 溫躍層上界深度、溫度和10～200 m溫差存在明顯的季節(jié)性變化。5～9月在15°～25°S緯向區(qū)域存在一塊季節(jié)性較深的溫躍層上界深度區(qū)域; 在20°S以南海域, 12月至次年4月份溫躍層上界深度非常淺; 在15°S至赤道緯向區(qū)域, 尤其是在西部, 常年存在一塊溫躍層較淺的區(qū)域?？傮w而言, 溫躍層上界深度較深的地方溫度相對較低, 在 2～5月期間, 在阿拉伯海東南和孟加拉灣西南形成一塊大面積的暖水區(qū); 7～9月期間,在15°～25°S, 緯向區(qū)域因溫躍層上界深度較深, 從表層至溫躍層上界深度溫度變化相對較大, 溫躍層上界溫度顯著較低。在20°S以南, 溫躍層上界溫度常年都很低。10°S經(jīng)線方向?qū)⑺?0 ～200 m垂直溫度分成南北兩部分, 10°S以南部及以北部海區(qū)的垂直溫差分別大于和小于10℃。分析結(jié)果初步揭示了金槍魚主要作業(yè)漁場溫躍層上界溫度、深度和垂直溫差分布特征, 為金槍魚實際生產(chǎn)作業(yè)提供理論參考。

大眼金槍魚(Thunnus obesus); 黃鰭金槍魚(Thunnus albacares); 印度洋; 漁場; 溫躍層; 垂直溫差; 季節(jié)變化

中上層魚類的棲息水層, 在很大程度上取決于水溫的垂直結(jié)構(gòu)。許多魚類有晝夜垂直移動的習性,而溫躍層像一道天然屏障, 影響著魚類的上下移動和生活習性[1]。在印度洋熱帶水域中, 黃鰭金槍魚(Thunnus albacares)生活在溫躍層之上的水域, 受垂直溫度變化影響大; 大眼金槍魚喜好在溫躍層頂部及其以下攝食[1-2], 當溫躍層下界深度變淺, 大眼金槍魚棲息深度也變淺,垂直運動范圍受限, 大眼金槍魚分布較集中, 使可捕量和漁獲率增加[3], 因此水溫的垂直結(jié)構(gòu)分布在印度洋金槍魚漁場的形成中是極為重要的關(guān)鍵因素。許多學者研究了印度洋大眼金槍魚(Thunnus obesus)與垂直水溫的關(guān)系[4-5], 宋利明等[6]分析了印度洋公海溫躍層與黃鰭金槍魚、大眼金槍魚漁獲率的關(guān)系。上述研究對次表層水溫垂直結(jié)構(gòu)和黃鰭金槍魚、大眼金槍魚漁獲率的關(guān)系有初步的認識, 分析中采用的環(huán)境數(shù)據(jù)多是調(diào)查數(shù)據(jù)。對金槍魚作業(yè)漁場垂直水溫和溫躍層大面積獲取以及時空變化特征分析, 在遠洋漁業(yè)資源研究中非常重要, 但由于遙感數(shù)據(jù)的缺陷, 遠洋漁業(yè)研究未見該方面報道。本文采用Argo溫度數(shù)據(jù), 通過數(shù)值方法計算印度洋大眼金槍魚和黃鰭金槍魚漁場海域次表層水溫和溫躍層特征參數(shù), 分析金槍魚漁場水域溫躍層季節(jié)性分布特征和變化規(guī)律, 為金槍魚實際生產(chǎn)作業(yè)及漁業(yè)資源的養(yǎng)護和管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

Argo[7-8](Array for Real-time Geostrophic Oceanography)是“全球海洋觀測網(wǎng)”計劃, 由美國、日本等國家大氣和海洋科學家于1998年推出, 于2000年底正式啟動。在全球大洋中每隔 3個經(jīng)緯度布放一個衛(wèi)星跟蹤浮標, 組成一個龐大的Argo全球海洋觀測網(wǎng), 至2007年正式完成。因此本文采用2007～2010年 Argo浮標剖面溫度數(shù)據(jù)進行溫躍層特征分析。

1.2 研究區(qū)域

曹曉怡[9]指出大眼金槍魚漁場重心在 40°～85°E,17°N～30°S 區(qū)域, 黃鰭金槍魚漁場重心在 61°～68°E, 7°N～9°S 區(qū)域。Lee 等[10]分析得出大眼金槍魚主要分布在 10°N和 15°S熱帶海域。結(jié)合上述分析, 并參考文獻[11], 本文確定的研究區(qū)域為 20°～120°E, 25°N ～30°S。在 1991～2009 期間, 該區(qū)域占整個印度洋金槍魚延繩釣總產(chǎn)量的 94.9%, 總尾數(shù)的91.6%。中國金槍魚延繩釣作業(yè)分布在這個區(qū)域。

1.3 方法

1.3.1 Akima插值計算

采用 Akima[12]插值方法將深度上分布不均勻的Argo溫度浮標資料插值到標準深度層上, 垂直間隔為 2 m, 計算溫度剖面的梯度(Δt/ΔZ溫度差值除以垂直距離)。

1.3.2 溫躍層判別標準和方法[13-14]

取大洋溫躍層強度最低標準值為0.05 /m℃, 對溫度剖面逐層判斷。把連續(xù)滿足躍層標準的作為一個躍層段; 對不連續(xù)者, 如果躍層段之間的間隔小于10 m(當上界深度小于50 m)或小于30 m(當上界深度大于 50 m), 則將兩段合并進行躍層標準值判定。合并后, 如果溫度梯度大于或等于標準值, 則合并為一個溫躍層段; 否則以上界深50 m為界, 分別在50 m以淺、以深, 選取躍層強度強者, 如強度相等, 則選躍層厚度厚者為溫躍層段。要求合并后的躍層厚度不小于 10 m(當上界小于 50 m)或不小于20 m(上界大于50 m)。

1.3.3 空間網(wǎng)格化計算

圖1 垂直溫差月分布圖Fig.1 Monthly distribution of vertical temperature difference

將次表層溫度(10, 200 m)和溫躍層上界深度、溫度等剖面數(shù)據(jù)按月分組, 采用地統(tǒng)計方法[15]將其插值到網(wǎng)格節(jié)點上(1°×1°), 再以填色等值線作圖方式顯示。水下10 m至水下200 m溫差用于描述溫度梯度。插值方式對每個待估網(wǎng)格節(jié)點計算變異函數(shù), 使用 Kriging方法插值彌補; 采用圓形搜索方式, 規(guī)定可用于插值的搜索點個數(shù)最少為25個。

1.3.4 軟件使用

文中數(shù)值計算基于 VC++軟件, 圖片繪制采用Matlab軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 水溫垂直結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化

水下10～200 m垂直溫差各月分布見圖1, 10°S緯線方向?qū)⑺?～200 m垂直溫度分成南北兩部分,都有明顯的季節(jié)性特征。10°S以南區(qū)域, 垂直溫差小于10, ℃夏季季風(6～10月)的溫度低于冬季季風(12月至翌年4月)的溫度; 10°S以北區(qū)域, 垂直溫差大于10, ℃夏季季風的高溫區(qū)域面積大于冬季季風的高溫區(qū)域面積。阿拉伯海區(qū)域, 全年垂直溫差較小。在印度洋暖池下面, 尤其在赤道東部區(qū)域, 垂直溫差很大。和阿拉伯海不一樣, 包含在暖池里面的孟加拉灣垂直溫差也非常顯著。在7～9月期間索馬里沿岸同樣能看到索馬里寒流特征。

2.2 溫躍層上界的季節(jié)變化

各月溫躍層上界深度分布見圖2。總體來看, 夏季季風期間的溫躍層上界深度比冬季季風期間的更深, 與印度洋區(qū)域海流的季節(jié)性變化有關(guān)。在15°～25°S緯向區(qū)域, 存在一溫躍層上界深度較深的區(qū)域, 季節(jié)性變化明顯, 5月份逐漸變深, 8, 9月份達到全年最深至150 m, 之后逐漸變淺至次年1月份約30 m。這是由該區(qū)域北部自東向西流動的南赤道暖流和南部自西向東的南印度洋流輻聚作用的結(jié)果[16]。相比其他水域, 在南緯 10°至赤道緯向區(qū)域, 尤其是在西部, 常年存在一塊溫躍層上界深度較淺的地方。這是由該區(qū)域順時針南赤道流和赤道逆流、赤道射流共同作用的結(jié)果。一年中, 阿拉伯海域夏季季風期間, 溫躍層上界深度會相對變深, 等值線閉合形成順時針回旋。在其他月份, 表現(xiàn)為相對不深的溫躍層和離岸密集的等值線, 這與該區(qū)域上升流有關(guān)。1, 2月份在阿拉伯海北部, 圖片還顯示相對較深的溫躍層上界深度。

圖2 溫躍層頂界深度月分布圖Fig. 2 Monthly distribution of thermocline upper boundary depth

各月溫躍層上界溫度分布見圖3。總體而言, 溫躍層上界深度深的地方溫度低。在南緯10°以北水域, 溫躍層上界深度都相對較淺, 海洋表層熱量容易傳輸?shù)綔剀S層上界深度, 從表層至溫躍層上界深度溫度常年變化不大。在2～5月期間, 在阿拉伯海東南和孟加拉灣西南形成大面積的暖水區(qū), 在太陽持續(xù)增強的加熱下,至5月份溫度超過30℃, 此后該區(qū)域穩(wěn)定逐漸冷卻。在阿拉伯海西部冷卻較快, 在孟加拉灣溫度變化很小。一年大部分時間, 阿拉伯海溫躍層上界溫度變化范圍在 25～30℃之間, 孟加拉灣溫躍層上界溫度變化幅度在 1～2℃。在 7～9月期間, 15°S 至 25°S 緯向區(qū)域因溫躍層上界深度較深, 從表層至溫躍層上界深度溫度變化相對較大, 上界溫度顯著變低, 直到 11月份。同樣在 7～9月期間索馬里沿岸的溫躍層上界溫度比其他月份要低, 對比外海形成一條明顯的帶型區(qū)域, 這是由同期形成的索馬里寒流作用形成的。

圖3 溫躍層頂界溫度月分布圖Fig. 3 Monthly distribution of thermocline upper boundary temperature

2.3 水溫垂直結(jié)構(gòu)的變化原因

垂直溫差大的地方和暖池在地理空間位置恰巧吻合, 因該區(qū)域海洋表面風非常弱, 使得海洋表層和次表層熱量得不到充分混合, 海洋表層熱量難以傳輸?shù)綔剀S層, 弱表面風在維持該區(qū)域表層暖池熱量中起非常重要作用。孟加拉灣垂直溫差非常顯著, 是因為有大量來自于陸地的淡水沖擊造成的。而在阿拉伯海北部和印度洋 15°S以南水域, 因受到較強海洋表面風和海水上升的影響,使海洋表層和次表層熱量得到充分混合, 垂直溫差變化很小。在7～9月期間索馬里沿岸能看到索馬里寒流特征, 該區(qū)域垂直溫差由于上升流的緣故較小。

3 結(jié)論

3.1 季節(jié)性特征與漁場分布

該區(qū)域受印度洋季風影響, 在夏季是西南季風(6～10月), 冬季是東北季風(12月至翌年 4月), 5月和11月是季風轉(zhuǎn)換月份。從繪制的溫躍層上界深度、溫度和垂直溫差月平均分布圖, 都具有明顯的季節(jié)性變化, 受印度洋季風影響顯著。這種顯著的季風變換影響這個區(qū)域的海流變化, 而海流大尺度的變換又會影響著該區(qū)域的上升流強度、表層海溫、鹽度、溶解氧和浮游生物的分布[17], 從而影響該區(qū)域金槍魚漁場的時空分布。

3.2 溫躍層上界深度、溫度和金槍魚漁場

大眼金槍魚白天潛至400～500 m的水深, 夜間志到0～100 m的水深[18]。宋利明[19]在馬爾代夫海域調(diào)查發(fā)現(xiàn), 晚間(21：00～3：00)投鉤, 大眼金槍魚漁獲率最高的水層是70～90 m、水溫范圍是27～27.9℃,從圖2, 3判斷在溫躍層上界附近。說明在晚上投鉤,與大眼金槍魚釣獲率密切的水層在溫躍層上界附近。此外陳新軍[1]指出, 在熱帶水域中黃鰭金槍魚生活在溫躍層上界之上的水域, 而大眼金槍魚生活在溫躍層內(nèi)部。據(jù)此可以根據(jù)溫躍層的上界深度和金槍魚喜歡棲息的溫度范圍, 漁船海上作業(yè)時, 可以參考溫躍層上界位置選擇投鉤的深度, 以提高金槍魚捕獲率。

3.3 垂直溫差和金槍魚漁場

金槍魚垂直分布受溫度梯度和深度值影響。標志放流發(fā)現(xiàn), 成年黃鰭金槍魚下潛最低溫度記錄為5.8 , ℃處于水溫小于表層混合水8℃區(qū)域時間只有8.3%, 水溫變化范圍為 15～16℃[20]。由于生理上不同, 大眼金槍魚容忍的水溫變化達20, ℃高于黃鰭金槍魚, 但潛至溫躍層下界深度以下位置時間不超過50 min, 之后要上升到混合層提高機體溫度[21]。這表明金槍魚為了覓食, 離開自己生活的水層而下潛, 但容忍的短時間垂直溫差和時間有極限。圖2顯示最大溫躍層上界深度達到 180 m。因此在水下200 m 深度, 研究區(qū)域均發(fā)生溫躍層, 在溫躍層內(nèi)溫度值隨深度急劇變化。如果水下10～200 m垂直溫差較大, 會不適應(yīng)金槍魚覓食。結(jié)合溫躍層上界深度、溫度, 根據(jù)垂直溫度以及金槍魚容忍的溫差極限綜合分析, 可以避開非漁場的漁區(qū), 提高捕撈效率。

3.4 上升流和金槍魚漁場關(guān)系

一年中, 阿拉伯海域除夏季其他月份, 表現(xiàn)為相對不深的溫躍層和離岸密集的等值線, 這與該區(qū)域上升流有關(guān)。上升流把底層營養(yǎng)鹽帶到上層, 餌料變得豐富, 浮游生物大量繁殖, 能形成良好的漁場。在季風的作用下向索馬里流去, 此時索馬里流是暖流。統(tǒng)計繪圖顯示該區(qū)域除夏季該區(qū)域大部分海域不形成漁場, 而其他的月份, 尤其是黃鰭金槍魚釣獲率都很高。但在7～9月份阿拉伯海大部分海區(qū)不能形成金槍魚漁場。該期間索馬里沿岸因西南季風的影響, 將索馬里海域表層暖海水吹走, 使得底部冷水上泛, 形成索馬里寒流, 使水溫顯著下降, 并在季風的作用下流向亞丁灣。金槍魚是大洋暖水洄游性魚類, 可能不適應(yīng)金槍魚棲息。

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Seasonal variability of temperature profile in Thunnus obesus and Thunnus albacares fishing ground in the Indian Ocean

YANG Sheng-long1, MA Jun-jie2, WU Yu-mei1, TANG Feng-hua1,ZHANG Heng1, ZHOU Su-fang1
(1. Key and Open Laboratory of Remote Sensing Information Technology in Fishing Resource, East China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200090, China; 2. School of Law &School of intellectural property, Tongji University, Shanghai 200092, China)

May,19,2011

Thunnus obesus; Thunnus albacares; the Indian Ocean; fishing ground; thermocline; vertical temperature differ ence; seasonal variation

In order to study the spatial distribution seasonal characteristic of the upper boundary depth, temperature of the thermocline and vertical temperature difference of the fishing ground of Thunnus obesus and Thunnus albacares in the Indian Ocean, the subsurface temperature and thermocline characteristics parameters were estimated based on temperature data of Argo profile floats from 2007 to 2010. Based on these basic work, the monthly distribution figures of the upper boundary depth, temperature of the thermocline and vertical temperature difference from 10 to 200 m were plotted. The topography of the upper boundary depth, temperature of the thermocline and vertical temperature difference from 10 to 200 m showed obvious seasonal variability. The variability of the upper boundary depth of the thermocline on the annual mode is very weak between the equator and 15°S zonal where the upper boundary depth of the thermocline is present very shallow throughout the year and large away from the equator in the Arabian Sea and the southern tropic Indian Ocean. there is a seasonal deep zonal of the upper boundary depth of the thermocline between 15°S and 25°S during May to September and a seasonal shallow zonal in the south of 20°S during December to April of next year. In generally, the upper boundary temperature of the thermocline is low where the upper boundary depth of the thermocline is deep. On the annual mode, the upper boundary temperature of the thermocline presents a warm-pool region in the southeastern of Arabian sea and the southwestern of Bay of Bengal during February to May and a lower temperature zonal in south of 20°S throughout year. The upper boundary depth of the thermocline is very deep between 15°S and 25°S during May to September so that the temperature variation between sea surface and the upper boundary depth of the thermocline is very large, the upper boundary temperature of the thermocline is very low. The variability of the upper boundary temperature of the thermocline topography is large in the south of 10°S and weak below the warm-pool region. The variability of temperature difference from 10 to 200 m, on the annual model is similar to the upper boundary temperature of the thermocline. The spatial distribution of vertical temperature difference is divided by 10°S longitude line. The temperature difference is lower than 10℃ in the south and it is greater than 10℃ in the north. The Analysis results reveal the spatial distribution seasonal characteristic of the upper boundary depth, temperature of the thermocline and vertical temperature difference in major tuna fishing ground of T. obesus and T. albacares in the Indian Ocean, which provide reference to long line production operation in sea of tuna.

P731

A

1000-3096(2012)07-0097-07

2011-05-19;

2012-04-24

國家 863計劃(2007AA092202); 中央級基本業(yè)務(wù)費(2009T08, 2011T10, 2008M19); 資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室開放基金(2010KF0005SA)

楊勝龍(1982-), 男, 江西九江人, 助理研究員, 主要從事遠洋海洋漁業(yè)遙感研究, E-mail： ysl6782195@126.com; 甦周芳, 通信作者, 電話： 021-65682395, E-mail： zhousufang72@126.com

(本文編輯：劉珊珊)