台风过程气象因子引发的对虾养殖场水质突变分析

2016-08-08彭荣南杨杰颜吴乃庚

广东气象 2016年1期

关键词：气象因子台风

彭荣南，杨杰颜，吴乃庚

(1.电白气象局，广东电白　525400；2.广东省气象台，广东广州　514000)

台风过程气象因子引发的对虾养殖场水质突变分析

彭荣南1，杨杰颜1，吴乃庚2

(1.电白气象局，广东电白525400；2.广东省气象台，广东广州514000)

摘要：利用电白的海水养殖气象试验站观测资料、常规天气观测资料，对2014年9月14—18日第15号台风“海鸥”的影响过程电白鸡打港对虾养殖场生产实际情况进行了初步分析。结果表明：台风来临前(14—15日)其外围下沉气流增温，引起水温异常升高，水体溶解氧(DO)下降，对虾进食减少。随着台风靠近(15—16日)，一方面气压的急剧下降不利于水体溶解氧和使得底层有毒物质上浮；另一方面，风切变引起水环流扰乱，有毒物质扩撒，大风引起对虾过度应激反应；同时，伴随阴雨寡照使得水体作物光合作用减少(DO减少)，DO达到最低，对虾病害明显。“海鸥”带来的暴雨降水偏酸，降水过后池塘水体酸碱度下降，但得益于前期准备措施，酸性降水对水体环境总体影响不大。

关键词：应用气象；对虾养殖；台风；气象因子；对虾养殖；水质突变；电白

电白位于广东省西南部沿海，背山面海，是水产养殖大区，海水养殖产量占茂名市(水产产量在全省排第一)的80%，是广东省重要的渔业基地。水产养殖、海洋捕捞易受台风、暴雨等气象灾害影响[1-3]，其中作为重要产业的“对虾”养殖近年受气象灾害影响巨大，对虾产量骤降，对虾养殖业屡受重创[4]，如2013年全球范围虾病和台风灾害频发，虾产量比预期减少23%。气象因素对“对虾”的影响主要与其过激反应及其生长的水体发生变化有关(对虾应激反应是依靠自身平衡机制在环境突变时维持机体的平衡状态)。已有研究和养殖经验表明，台风前的高温影响、台风过程中的大风、暴雨引发的水流速度流向突变、雷声闪电引起的惊吓、暴雨造成的水体pH下降、台风前的长日照突变为台风过程中的寡日照、低气压造成水体的溶解氧突然下降等因子都会引起对虾的过度应激反应，从而造成对虾受伤病变[5-6]。目前，大多数研究以经验规律总结及定性判别气象因子对水质和对虾养殖影响为主[7-8]，结合到具体灾害天气个例和具体气象、水体多要素综合监测资料进行的定量分析并不多见。

2014年第15号台风“海鸥”过程(1415海鸥)对水产养殖影响较大，电白超过30%虾塘受到严重影响，小虾基本绝收。因此，本研究利用电白鸡打港对虾养殖场的海水养殖气象试验站观测资料，结合台风“海鸥”过程进行了初步的特征分析，并针对台风来临前、影响期间和过程后提出了具体的防御对策和建议，以期为气象在“对虾养殖”服务应用中提供一些参考。

1资料来源

1)天气形势分析采用常规气象观测资料，台风路径分析采用国家气象中心的热带气旋定位资料(图1)。

图1　2014年第15号台风“海鸥”路径

2)对虾养殖场附近大气和水体监测资料采用位于电白的鸡打港对虾养殖场的海水养殖气象试验站资料(该站点是电白气象局为做好海水养殖气象预报服务和相关分析研究于2012年建立的试验站，资料为逐10 min自动观测。通过近2年有关的气象因子和水质因子资料数据分析，资料稳定准确。)，时段为2014年9月14—17日。气象因子观测包括：风向、风速、气温、日照时数、气压、降水等。水体因子观测包括：水温(不同深度)、水体溶解氧(dissolved oxygen，DO)、酸碱度(pH值)等。

2台风过程引起池塘水质突变分析

2.1台风前外围下沉环流对水体的影响

水体含氧量是水体自净能力的重要指标，是养虾池最重要的、变化最大的生态因子。根据我国渔业水质标准GB1607-89对养殖DO质量浓度明确规定，在24 h中必须16 h以上大于5 mg·L-1，其余任何时候不得低于3 mg·L-1。一般而言，除了水生植物光合作用造成的水体含氧量日变化外(白天由于浮游生物的光合作用产生氧气使得水体含氧量增高，夜晚则由于无光合作用，生物快速消耗水体含氧)，水温越低，水体溶解氧越大，而水温突然升高会造成水体氧的质量浓度下降[9-10]。台风过程前外围环流往往会带来晴热天气[11]，对池塘水温和水质影响明显。14—15日受“海鸥”外围下沉环流影响电白晴热天气明显，尤其15日日照时数高达10.2 h，平均气温较前一日升高了1.3 ℃，最高气温(34.2 ℃)升高了3.6℃。

大气下沉增温引起的水温明显变化。从图2试验站池塘内逐10 min气温、水温、DO曲线分布可见，5 cm深处的水温，10：40出现了最高水温53.2 ℃，较前一天上升了6.8 ℃，比较当天的最低水温(25.3 ℃)升高达27.9 ℃；而50 cm处的水温，日最高水温也接近50 ℃(48.9 ℃)，较当天的最低水温(26.8 ℃)升高了22.1 ℃。由于水温的异常升高，引起了DO质量浓度迅速下降。研究表明，溶解氧直接影响水产的进食和生长健康，当DO下降时，饵料的消化利用率下降；溶解氧下降至3 mg·L-1以下时，对虾摄食明显减少，甚至发病；溶解氧降低到1.5 mg·L-1时对虾几乎很少摄食，持续下降到1 mg·L-1以下时，窒息死亡的可能性极高[7-10]。从图2可见，自14日下午DO质量浓度由超过40 mg·L-1降到15日下午不足1.5 mg·L-1，14日夜间到16日中午绝大部分时次的水体氧的质量浓度都低于5 mg·L-1，对虾受到影响，进食明显减少。但幸好该次过程高温仅维持了1 d，150 cm深处的水温刚开始小幅上升(温度介于30～32 ℃之间)，16日起水温又开始下降，水体溶解氧在16日傍晚前后回升至10 mg·L-1左右(由于伴随其它一些气象因子影响制约，回升并非十分明显)。

图2　2014年9月14-17日海水养殖场试验站池塘逐10 min气温(单位：℃)、水温(单位：℃)和水体溶解氧(DO)(单位：mg·L-1)分布

2.2台风过程中气压突然下降对水体的影响

已有研究表明，一定温度和平衡状态下，气体在液体里的溶解度和该气体的分压成正比，对实际大气，氧分压p(O2)为实际大气压p0的0.231 5，即p(O2)=0.231 5P0[7]。图3给出了9月14—17日池塘里DO和大气压(减去了970 hPa)的时间变化曲线。从图3中可见，“海鸥”台风过程气压变化与池塘水溶解氧变化密切相关。气压变化与台风中心与当地的距离达最小值时，当地气压降至最低值。16日09：00前后，当地气压出现谷值970.1 hPa，24 h变压13.7 hPa，明显加剧了水体氧质量浓度的下降，同时受寡日照影响，浮游生物光合作用减弱，产生的氧气量下降，在气压谷部(16日)水体氧质量浓度达到了低点(图2、图3)。16日傍晚前后(光合作用减弱)，随着水温持续走低和气压上升，水体氧质量浓度逐渐增大。

图32014年9月14-17日海水养殖场试验站池塘逐10 min大气压(单位：hPa)、水体溶解氧(单位：mg·L-1)时间变化

另外，池塘底部的有机物分解时会产生含有甲烷、硫化氢等有毒成分的气体，以小气泡的形式相对稳定地附着在水底(大气压稳定时)，大气压明显下降时容易造成有毒气泡上浮将有毒成分扩撒到对虾生活的上层水体，是对虾出现病害的重要影响因素之一[12-13]。由此可见，台风影响下气压急剧下降，对15—16日的对虾病害，特别是16日白天影响明显。

2.3台风过程的大风变化对水体的影响

研究表明，风向改变、风速加大，会造成池塘的水环流发生混乱变向，使得聚集在下层和池塘中央的有毒物质扩撒，进而造成对虾发病[12]。图4是9月14—17日自动气象站风向和风速观测记录。图4a可见，随着台风移动路径的改变，其风场会迅速演变，受“海鸥”进入南海后外围环流影响，14日夜间起电白从前期的东南风(100°～160゜)快速转为偏北风(315°～359°、0°～45°)，气流出现的南北(反向)切变造成了池塘水流的扰乱和变向，打破原来建立的平衡使得水体下部缺氧层容易上翻，加剧水体含氧量下降。另一方面，由图4b可见，从15日10：00开始到16日，风速有一个突然增大，然后逐渐减弱的过程，其中16日大风稳定在6级以上；过程最大风力达22.6 m·s-1(9级)。风向改变和风速增大构成的大气环流变化，使得有毒物质更大扩散，更容易导致对虾病害。同时，16—17日的大风造成对虾过激反应，活虾机体受损伤。18日之后，风向和风速趋于稳定减弱，其对虾病害影响逐渐减小。

图4　2014年9月14—17日海水养殖场试验站的逐时最大风风向(a)和小时最大风速(b)变化

2.4台风降水对养殖场水体的影响

研究表明，池塘pH值下降至弱酸性时，铜、铅、铁、锌、铬等重金属离子会游离于水中，对水产产生毒性，pH值降至6以下时，对水中生物产生明显有害作用；pH值超过8.5也会对水中生物产生一定的不利影响；pH值在6.9～8.1之间的养殖水域最好[5-6]。该次台风过程降水前，由于养殖场提前及时调整池塘pH至较高水平，15日20：30池塘水体的pH达峰值9.06。台风带来的降水从15日20：00开始，一直持续到了17日07：00，第一场雨pH较低(仅4.95)，属酸性，随后降水pH值略有升高，回复到弱酸性-中性。降水结束时，17日06：40池塘水体pH下降至8.37谷值(图5)。可见，由于提前采取防御措施，该次暴雨的降水虽然偏酸性，但过程未对所观测的养殖场造成明显影响。

图5　2014年9月14—17日海水养殖场试验站大气逐时雨量、降水的pH值变化

3对虾养殖业防御台风对策建议

综合上述特征分析，结合相关学者研究成果[13-14]及近两年利用海水养殖气象试验站资料的服务应用情况，针对台风过程对虾养殖防御初步形成了以下几点建议。

1)台风前防御对策。

一是提前关注天气预报，了解台风动态，为防御赢得时间；二是至少提前3 d进行“肥水控”，控制水体溶氧出现下降期后及时得到补充；三是天气闷热时减少投饵，保持不出现残饵，防止残饵腐变，形成有毒物质；四是台前高温天气，增加打氧时间，维持池塘良好水循环和较高溶解氧，特别是如果长时间外围高温影响需警惕关注。

2)台风中防御对策。

一是密切关注了解台风风力和降雨量，及时调整防御对策。停止打氧，保护供电线路，准备充足增氧机；二是台风时水循环被方向多变的强风打乱，下层有毒物质上翻可能致病，确保台风过后及时开增氧机增气，重新建立水循环，防止虾池海淡水分层，底层缺氧，引起对虾疾病。

3)台风后防御对策。

一是关注最新天气报告，了解降雨量情况、台风过后是否有连续降水和是否有西北风(注：电白沿海当地夏季往往以东南风为主，出现西北风意味着风向切变，并造成池塘水流扰乱、逆向)，台风过后的连续降水和西北风不利于池塘恢复生态和良性水循环，应及时采取应对措施。二是抢收复产，强台风过后，损失不可避免，视损失情况及时抢收中大虾，以防伤虾病变造成更大损失；修理受损的生产设施，迅速复产，减少损失。三是适当排掉池塘一部分表层旧水，注入适量新鲜海水，快速改善水质。四是调整投饵量，在风小无浪的时候可以多投饵，风浪较大时不投饵；风力较大或下暴雨时不投饵。五是加强巡池，台风过后池塘水质变化较大，对虾容易出现病害，要仔细观察是否有病态以及对虾摄食及残饵情况，发生虾病时要详细检测，对症用药，防止乱投医滥用药，以免虾池带来二次感染。

4结论

通过对台风“海鸥”实际个例期间试验基地大气和水体观测分析，对比了各种气象因子与对虾发病情况，得到了以下初步结论：

1)台风来临前，受其外围下沉气流增温影响，使得9月15日水体增温，造成了溶解氧含量下降和对虾进食下降。但短期(1d)影响，150 cm深处水温增幅较小。

2)随着台风靠近，气压的急剧下降不利于水体氧的溶解，还使得底层有毒物质上浮，台风环流使得池塘附近环流显著改变(风向改变、风速增大)有利于有毒物质扩散，结合阴雨寡照使得水体作物光合作用减少(水体溶解氧减少)，使虾病害严重。过程后期由于各种不利条件减弱(气温下降、气压上升、环流稳定减弱、日照增加)，水体氧质量浓度增加，使虾病害得到控制并逐渐好转。

3)酸性降水对对虾养殖影响明显，但通过提前提高pH值防御措施，该次台风暴雨的降水虽然偏酸性，但未对养殖场造成明显影响。

因此，台风过程气温、气压、风向、风速和降水等多种气象因子对对虾养殖环境影响重大，台风来临准确的台风预报可提高对虾养殖的防御效率(如提前几天进行有效的肥水控制、延长有益藻生长期等，可以大大提高对虾的应激能力)，遇到较强级别台风时，可及早安排抢收，有效降低损失。另外，台风过后，也需关注连续阴雨天受严重影响池塘生态的恢复，防止灾害的叠加效应。需要指出的是，本研究仅是利用试验观测场资料结合台风“海鸥”个例对对虾养殖的一些气象因子影响和特征进行了初步分析，更多气象因子与对虾养殖影响机理，今后仍需结合更多个例进行深入研究。

参考文献:

[1]植石群，李衍雄.登陆珠三角洲的台风特征及灾害防御[J].广东气象，1996，18(3)：28-30.

[2]张东，蔡安安，林良勋.强热带风暴“碧利斯：致洪暴雨的特征及成因[J].广东气象，2007，29(3)：26-29.

[3]刘燕，林良勋.登陆福建的热带气旋对广东降水的影响[J].广东气象，2007，29(2)：14-17.

[4]吴琴瑟.南美白对虾养殖现状与发展对策[J].科学养鱼，2006(10)：1-2.

[5]王国峰.南美白对虾养殖如何应对夏季暴雨天气[J].中国渔业报，2014年8月4日第B02版.

[6]阚伟兵.雨季对南美白对虾的影响及其预防措施[J].养殖技术顾问，2014(6)：108.

[7]王建军.气象要素对氧密度的影响及其在淡水养殖中的应用方法[J].中国农业气象，1991，12(1)：5-8.

[8]黄永平，刘可群，苏荣瑞，等.淡水养殖水体溶解氧含量诊断分析及浮头泛塘气象预报[J].长江流域资源与环境，2014，5(23)：638-643.

[9]周绪霞，李卫芬，王彦波.精养虾池溶解氧变化规律的研究[J].饲料工业，2005，16(2)：31-32.

[10]宋萍.溶解氧及其对水产养殖的意义(下)[J].科学养鱼，2013(2)：1.

[11]程正泉，林良勋，沙天阳，等.2014.“尤特”特大暴雨过程的热力条件分析[J].气象，2014，40(12)：1507-1512.