南海及临近海域黄鳍金枪鱼渔场时空分布与海表温度的关系

纪世建，周为峰，王鲁民，唐峰华，吴祖立，陈国宝

（1.农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室，上海 200090；2.中国水产科学研究院渔业资源遥感信息技术重点实验室，上海 200090；3.上海海洋大学海洋科学学院，上海 201306；4.中国水产科学研究院南海水产研究所，广州 510300）

南海及临近海域黄鳍金枪鱼渔场时空分布与海表温度的关系

纪世建1，2，3，周为峰1，2，王鲁民1，唐峰华1，吴祖立1，陈国宝4

（1.农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室，上海 200090；2.中国水产科学研究院渔业资源遥感信息技术重点实验室，上海 200090；3.上海海洋大学海洋科学学院，上海 201306；4.中国水产科学研究院南海水产研究所，广州 510300）

为得到南海及临近海域黄鳍金枪鱼（Thunnus albacores）渔场最适宜栖息海表温度（SST）范围，基于美国国家海洋大气局（NOAA）气候预测中心月平均海表温度（SST）资料，结合中西太平洋渔业委员会（WCPFC）发布的南海及临近海域金枪鱼延绳钓渔业数据，绘制了月平均SST和月平均单位捕捞努力量渔获量（CPUE）的空间叠加图，用于分析南海及临近海域黄鳍金枪鱼渔场CPUE时空分布和SST的关系。结果表明，南海及临近海域黄鳍金枪鱼CPUE在16℃～31℃均有分布。在春季和夏季（3～8月），位于10°～20°N的大部分渔区CPUE较高，其南北侧CPUE较低；而到了秋季和冬季（9月到次年2月），高产渔场区域会向南拓宽。CPUE在各SST区间的散点图呈现出明显的负偏态分布，高CPUE主要集中在26℃～30℃，最高值出现在29℃附近；在22℃～26℃范围内CPUE散点分布较为零散，但在这个范围也会出现相当数量的高CPUE；在22℃以下的CPUE几乎属于低CPUE和零CPUE；零CPUE的平均SST为26.7℃（±3.2℃），低CPUE的平均SST为27.8℃（±2.1℃），高CPUE的平均SST为28.4℃（±1.5℃），高CPUE在各SST区间的分布要比零CPUE和低CPUE更为集中。采用频次分析和经验累积分布函数计算其最适SST范围，得到南海及临近海域黄鳍金枪鱼最适SST为26.9℃～29.4℃。本研究初步得到南海及临近海域黄鳍金枪鱼中心渔场时空分布特征及SST适宜分布区间，可为开展南海及临近海域金枪鱼渔情预报工作提供理论依据和参考。

南海及临近海域；黄鳍金枪鱼；海表温度

南海海域广阔，蕴藏着丰富的渔业资源，是我国金枪鱼延绳钓的重要渔场［1］。黄鳍金枪鱼（Thunnus albacares）是南海金枪鱼渔业主捕对象之一，在南海金枪鱼捕捞渔获总量中保持着较大的比重［2］。近年来，南海近海渔业资源日益衰退，为了降低近海捕捞强度以恢复近海的渔业资源，南海的金枪鱼渔业开始逐步向中南部外海转移［3］。目前我国已有研究者对南海黄鳍金枪鱼的渔业现状和生物学特征进行了相关研究［2，4－5］。海表温度（sea surface temperature，SST）是表征黄鳍金枪鱼渔场形成的一个重要环境指标，关于SST对黄鳍金枪鱼资源分布影响的研究已经有很多［6－9］。

目前，关于南海及临近海域的黄鳍金枪鱼渔场和SST的时空分布及二者关系的研究尚是空白。研究南海及临近海域黄鳍金枪鱼渔场时空分布与SST的关系，有助于了解区域内黄鳍金枪鱼的最适栖息表温环境，也可为渔业资源管理和开发提供参考，实现海洋渔业资源的可持续利用。本文主要采用南海及临近海域1982～2011年的SST数据，结合同期黄鳍金枪鱼的捕获量数据，分析南海及临近海域黄鳍金枪鱼渔场和SST在30年间的时空变化特征及二者关系，找出南海及临近海域黄鳍金枪鱼最适宜栖息SST范围，以期为开展南海及临近海域金枪鱼渔情预报提供理论依据和参考。

1 数据与方法

1.1 数据

1.1.1 渔业数据

渔业数据为中西太平洋渔业委员会（Western Central Pacific Fisheries Commission，WCPFC）发布的南海及临近海域金枪鱼延绳钓产量数据。该数据记录了分月、分鱼种的5°×5°经纬度单元网格内的下钩数、统计产量和统计尾数。数据中的经纬度记录的是每个单元格西南角的地理经纬度，范围为105°～125°E、0°～25°N。本研究选取了1982年1月～2011年12月的数据作为历史统计数据。为了便于描述，把一个5°×5°经纬度网格视作一个渔区，可将研究区域分为20个渔区（图1）。

图1 研究渔区及代号Fig.1 Code of fishing zone

1.1.2 海表温度（SST）数据

SST数据采用美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）气候预报中心提供的海表温度最优插值数据（optimum interpolationSST，OISST），其时间分辨率为1月，其空间分辨率为1°×1°，时间为1981年12月起至今。为与渔业数据相对应，本文仅选取其中1982年1月～2011年12月的数据进行研究。

1.2 数据分析方法

1.2.1 单位捕捞努力量渔获量（CPUE）的计算及划分标准

单位捕捞努力量渔获量（catch per unit of effort，CPUE）是指一个捕捞努力量单位所获得的渔获尾数或重量，可以表征某统计单元的渔业资源丰度［10］。每5°×5°的渔区内CPUE的计算公式为：

式（1）中，CPUE（i，j）、Nfish（i，j）、Nhook（i，j）分别是第i个经度、第j个纬度处的渔区网格CPUE（单位：ind/千钩）、渔获尾数和实际下钩数。利用式（1）可计算1982～2011年各月各渔区网格内的CPUE，共5 136条CPUE记录。计算所有CPUE的平均值、标准差和四分位数（Q1～Q3）。大于Q3（第三四分位数）的CPUE称为高CPUE，而其所属的渔区可视作南海及临近海域黄鳍金枪鱼的高产渔区。

1.2.2 渔场SST网格计算

由于SST的数据空间分辨率为1°×1°，为和渔业数据匹配，需将SST数据先进行空间算术平均计算，归并成5°×5°的空间网格。再将1982～2011年的SST按月分组，对每个渔区的空间平均SST数据再次求平均，得到各个渔区各月的平均SST。

1.2.3CPUE和SST时空分析和关系分析

把CPUE数据按月分别和SST进行匹配，利用ArcMap软件在空间上进行数据叠加，绘制CPUE和SST叠加后的时空分布图，分析CPUE和SST的时空分布特征。再将1982～2011年中的5 136条CPUE记录进行统计，得到CPUE的第三分位数Q3为5.7 ind/千钩，将大于Q3的CPUE称为高CPUE，小于Q3并大于0的CPUE称为低CPUE，等于0的CPUE称为零CPUE。对零CPUE、低CPUE和高CPUE进行频次分析，分别计算在各SST区间其占该区间的CPUE总频次的百分比，公式如下：

式（2）中：C为CPUE的类别（零CPUE、低CPUE或高CPUE）；t为间隔为1℃的SST区间，其是15℃～31℃的SST序列；PC，t表示在t区间C类别占该区间所有类别的百分比；NC，t表示C类别在t区间出现的频次；Nt表示在t区间CPUE记录的条数。最后，统计出各CPUE的SST均值和标准差，分析CPUE和SST的关系。

1.2.4 最适SST区间计算

南海及临近海域黄鳍金枪鱼最适SST区间分别通过频次分析和经验累积分布函数（empirical cumulative distribution function，EDCF）得到［11］。计算与高CPUE对应的SST的平均值和标准差，以及最适SST区间（平均值±标准差）；计算高CPUE与SST经验累积分布函数及最适SST区间［最大D（t）处的SST值±标准差］。ECDF方法如下：

式（3）～（5）中：f（t）为经验累积频率分布函数，g（t）是高CPUE权重经验累积分布函数，l（xi）是分段函数，D（t）是t时刻处f（t）与g（t）差的绝对值，用Kolmogorov-Smirnov（K-S）方法进行检验。n为高CPUE样本个数；t为SST区间，其是以0.2℃为间距从低到高排列的SST序列；xi为第i个样本对应的SST值；yi为第i个样本对应的CPUE为所有高CPUE样本的平均CPUE；根据给定的显著水平α，采用K-S检验统计量。

2 结果与分析

2.1 CPUE和SST的时空分布

1982～2011年月平均CPUE的平均值为3.6 ind/千钩（SD＝±3.9，n＝5 136），四分位数Q1是0 ind/千钩，Q2是2.6 ind/千钩，Q3是5.7 ind/千钩。从全年整体看各月的CPUE空间分布纬向上黄鳍金枪鱼渔场（CPUE＞Q3）在5～10月主要集中分布在10°～20°N之间（图2），0°～5°N纬度带的靠东的2个渔区（渔区19和20）在11月和12月CPUE较高；经向上黄鳍金枪鱼渔场没有明显的集中区域。一年中在25°N以北（渔区1和2）、菲律宾群岛附近（渔区12和17）以及越南南部海域（渔区14）CPUE值都很低，甚至在一些月份没有CPUE显示，南海西沙海域的3个渔区（渔区6、10和11）常年显示较高的CPUE。在春季和夏季（3～8月），位于10°～20°N的大部分渔区CPUE较高，其南北侧CPUE较低。到了秋季和冬季（9月到次年2月），渔场区域会向南拓宽，在渔区15、16、18、19和20均会形成渔场。

南海及临近海域总体SST常年较高，最高温度可达30℃。低温区域主要分布在北部沿岸的海域，其它海域基本维持在26℃以上，纬度上从北到南有逐渐增温的趋势。SST季节性变化明显，从3月开始，SST逐步升温，直到7～8月，此时高于28℃的范围几乎覆盖整个南海。从9月份开始SST又逐步降温直到次年2月。

2.2 CPUE在各SST区间的分布

由图2可以初步看出，高CPUE往往分布在较高的SST区域，大于Q3的CPUE基本在24℃以上的SST中出现，而北部沿岸渔区（渔区1、2和3）的SST常年处于低温，此处的CPUE也呈现出较低的水平。CPUE在各SST区间的散点图（图3）呈现出明显的负偏态分布，高CPUE主要集中在高温海域，尤其在26℃～30℃最为密集，CPUE最高值出现在29℃附近；在22℃～26℃范围内CPUE散点分布较为零散，但在这个范围也会出现相当数量的高CPUE；在22℃以下的CPUE几乎属于低CPUE和零CPUE。

将1982～2011年的零CPUE、低CPUE和高CPUE在各SST区间出现的频次（图4-a）进行对比，发现在这期间的捕捞作业中存在相当数量的零CPUE记录（约33%）。图4-b中，每条线分别代表的是零CPUE（虚线）、低CPUE（点线）和高CPUE（实线）在各SST区间的频次占该SST区间CPUE总频次的比重（见式2），可以发现零CPUE虽然在29℃出现的频次最高，但在这个温度下其所占的比重并不突出，而在SST低于23℃时始终占有一半以上的比重，SST低于20℃时其比重甚至可达80%。总体上看，低CPUE所占的比重最大（约42%），其在30℃出现的频次最高，在24℃～30℃保持着较高的比重；高CPUE所占的比重最小（约25%），其也在30℃出现最高频次，在21℃以下其所占比重始终为0，在24℃以下其所占比重均低于20%，在28℃～31℃其所占比重随温度逐步增加，31℃时其所占比重高于低CPUE的比重。零CPUE的平均SST为26.7℃（±3.2℃），低CPUE的平均SST为27.8℃（±2.1℃），高CPUE的平均SST为28.4℃（±1.5℃），可见高CPUE在各SST区间的分布要比零CPUE和低CPUE更为集中。

图2 各月的平均海表温度和平均CPUE空间叠加图Fig.2 Overlay map of average SST and average CPUE in each month

2.3 黄鳍金枪鱼最适SST范围

1982～2011年南海及临近海域黄鳍金枪鱼高CPUE在各SST区间（区间间隔为0.2℃）的频次分布遵循负偏态分布（图5），其样本数为1 284，SST均值为28.4℃，标准差为1.5，最大值出现在29.4℃。南海及临近海域黄鳍金枪鱼高CPUE在21℃～31℃均有分布，77%的高CPUE分布于26.9℃～29.9℃（28.4℃±1.5℃），高CPUE趋向于集中在29.4℃。

ECDF分析结果见图6，实线表示的是高CPUE在各SST区间出现的累积分布函数，虚线表示的是高CPUE权重经验累计分布函数，点线表示二者的差值，即差异度D（t）。采用标准双样本K-S检验，在显著性水平α＝0.05的水平下，D0.05＝0.038，由D＝0.030＜D0.05可知，二者服从同一分布，表明高CPUE与SST有密切关系。D（t）的最大值出现在27.9℃，因此利用ECDF所得到的SST最适区间范围是26.4℃～29.4℃（27.9℃±1.5℃），与频次分析得到的结果稍有不同。

图5 高CPUE样本在各SST区间出现的频次统计直方图及累积频率分布曲线Fig.5 Histogram of high CPUE w ith cumulative distribution（black line）p lotted against SST from 1982 to 2011

图6 高CPUE样本与SST的经验累积分布函数Fig.6 Empirical cumulative distribution frequencies for SST and SST as weighted by high CPUE from 1982 to 2011

3 讨论

图4 零CPUE、低CPUE和高CPUE在各SST区间的频次分布（a）及所占百分比（b）Fig.4 Absolute（a）and percentage（b）frequency distribution of SST by yellow fin tuna CPUE from 1982 to 2011

南海及临近海域黄鳍金枪鱼CPUE在16℃～31℃均有分布（图2），这个范围与前人的研究结果相似，如STRETTA［12］研究发现，黄鳍金枪鱼在赤道附近的丰度会有所增长，并指出黄鳍金枪鱼在暖水中的栖息环境为18℃～31℃。在春夏季（3～8月）黄鳍金枪鱼主要集中在南海北部区域，渔区6、7、10和11的CPUE较高，在秋冬季（9月到次年2月）黄鳍金枪鱼开始移向南部海域，在渔区15、16、18、19和20均会形成高CPUE渔区。这与黄鳍金枪鱼高度洄游的特性有关，黄鳍金枪鱼会在不同季节以及季风期寻找合适海温进行索饵繁殖洄游。THANH［13］在关于越南金枪鱼渔业的报告中也指出南海金枪鱼渔场会随着季节的不同有所变化，11月到翌年4月南海盛行东北季风，南海金枪鱼渔场主要位于南海北部以及西沙群岛附近（14°～16°N、112°～115°E）；而在5～10月的西南季风期，渔场逐步转移到南海南部南沙群岛附近（6°～11°N、108°～113°E）。冯波等［4］对南海黄鳍金枪鱼和大眼金枪鱼在不同季节进行了探捕，也认为西太平洋的金枪鱼会在11月到翌年4月的东北季风期随黑潮支流洄游至南海进行索饵和生殖，在5～10月的西南季风期会随西南海流向南海北部移动。

CPUE在各SST区间的散点图（图3）呈现出明显的负偏态分布，高CPUE主要集中在26℃～30℃，说明南海及临近海域黄鳍金枪鱼主要栖息在表层水温较高的环境中。对零CPUE、低CPUE和高CPUE样本集的统计结果表明，高CPUE样本集的标准差最小，在各SST区间的分布要比零CPUE和低CPUE更为集中，因此采用高CPUE分析黄鳍金枪鱼的最适栖息SST更为合理。

根据对高CPUE的频次分析，得到77%的高CPUE分布于26.9℃～29.9℃（28.4℃±1.5℃），ECDF分析计算得到SST最适区间范围是26.4℃～29.4℃（27.9℃±1.5℃），二者差距不大，可取二者交集（26.9℃～29.4℃）作为南海黄鳍金枪鱼的最适SST范围。对比前人在其它海域的黄鳍金枪鱼的研究结果，印度洋延绳钓黄鳍金枪鱼渔场最适SST为26.0℃～29.5℃［8］，大西洋赤道区域的黄鳍金枪鱼的密切表层水温范围是26.5℃～28.0℃［9，14］，中西太平洋围网黄鳍金枪鱼渔场最适SST为28.45℃～28.84℃［15］，本研究关于南海及邻近海域黄鳍金枪鱼渔场最适SST的结果与前人在其它海域黄鳍金枪鱼的研究结果相近。

4 小结

本研究分析得出南海及临近海域黄鳍金枪鱼渔场与SST有密切关系，最适宜的SST为26.9℃～29.4℃。海上作业时，可以参考本文绘制的月平均SST空间分布图寻找高产渔区，以提高黄鳍金枪鱼的捕捞效率。就影响渔场分布的环境因子而言，在实际作业中除SST外还应考虑叶绿素浓度、海洋锋面、海流、溶解氧以及生物饵料等的影响。本文仅对海表温度这一因素进行了探讨，其它环境因子对黄鳍金枪鱼的影响将在下一步的研究中进行。

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Relationship between tem poral-spatial distribution of yellow fin tuna Thunnus albacares fishing grounds and sea surface temperature in the South China Sea and ad jacent waters

JIShi-jian1，2，3，ZHOUWei-feng1，2，WANG Lu-min1，TANG Feng-hua1，WU Zu-li1，CHEN Guo-bao4
（1.Key Laboratory of East China Sea＆Oceanic Fishery ResourcesExploitation and Utilization，Ministry of Agriculture，Shanghai200090，China；2.Key Laboratory of Fisheries Resources Remote Sensing andInformation Technology，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai200090，China；3.College of Marine Sciences，ShanghaiOcean University，Shanghai201306，China；4.South China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Science，Guangzhou510300，China）

South China Sea is an important yellowfin tunaThunnusalbacareslongline fishing ground in China.There is little research on relationship between the temporal-spatial distribution of yellowfin tuna fishing grounds and sea surface temperature（SST）environment in the South China Sea and its adjacent waters.Based on themonthly averagedSSTdata provided by the Climate Prediction Center of the National Oceanic and Atmospheric Administration（CPC/NOAA）and the yellowfin tuna longline fishing catch and effort data of the South China Sea and its adjacent waters published by the Western and Central Pacific Fisheries Commission（WCPFC），we extracted out thirty years（1982－2011）data and plotted spatial overlaymaps of averagedSSTand catch per unit effort（CPUE）in each month to analyze the potential relationship between yellowfin tuna fishing grounds distribution andSSTin the South China Sea and its adjacentwaters，and then we adopted themethod of frequency analysis and empirical cumulative distribution function（ECDF）to find out the most suitableSSTrange for yellowfin tunas inhabiting.The results showed that the yellowfin tuna fishing datasets occurred only in areaswhereSSTranged from 16℃to 30℃.In spring and summer（from March to August），most of higherCPUEoccurred in areas between 10°N and 20°N，and it tended to decrease outside of these areas.In autumn and winter（from September to February），the fishing grounds extended tomore southern areas.A scatter plot remarkably revealed a negative skewed distribution ofSSTbyCPUE.HighCPUEmainly occur in areas whereSSTranges from 26℃to 30℃and the highestCPUEappears near 29℃；the distribution ofCPUEtends to be scattered inSSTranging from 22℃to 26℃in which quite a number of highCPUEalso occur；below 22℃，theCPUEmostly belongs to lowCPUEand nullCPUE；theSSTrange of nullCPUE，lowCPUEand highCPUEare 26.7℃（±3.2℃），27.8℃（± 2.1℃）and 28.4℃（±1.5℃），which indicates that the highCPUEdistribution inSSTintervals ismore concentrated than the lowCPUEand the nullCPUE.TheSSTranging from 26.9℃to 29.4℃can be regarded as an indication of the most suitable habitat for the yellowfin tunas in the South China Sea and its adjacentwaters.The results could provide theoratical evidence and reference for future yellowfin tuna longline production operation aswell as fishing ground forecasting in the South China Sea and adjacentwaters.

South China Sea and adjacentwaters；yellowfin tuna；sea surface temperature

S 932.4

A

1004－2490（2016）01－0009－08

2015－07－06

国家科技支撑计划项目“南海外海捕捞技术与新资源开发”（2013BAD13B06）

纪世建（1991－），男，研士研究生，主要从事南海渔情预报研究。E-mail：jackjsj＠foxmail.com

周为峰（1978－），女，副研究员。E-mail：zhwfzhwf＠163.com