捕捞压力和气候变化对黄渤海小黄鱼渔获量的影响*

刘笑笑， 王 晶， 徐宾铎， 薛 莹， 任一平

(中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003)

捕捞压力和气候变化对黄渤海小黄鱼渔获量的影响*

刘笑笑， 王 晶， 徐宾铎， 薛 莹**， 任一平

(中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003)

捕捞压力和气候变化是影响渔业资源数量变动的主要因素，会对渔获量产生较大影响。本文通过分析长时间序列的渔业统计资料和气候变化数据，研究了1962—2012年间捕捞压力和气候变化对黄渤海小黄鱼(Pseudosciaenapolyactis)渔获量的影响，并应用Fox模型拟合捕捞压力对黄渤海小黄鱼渔获量的影响，同时根据多个气候因子及气候指数的年间变动数据，分析每个显著相关的气候变量对黄渤海小黄鱼渔获量的影响。研究表明，黄渤海小黄鱼渔获量在1962—1971年呈波动下降趋势，在1972—1990年保持平稳状态，在1991—2012年急剧增加。黄渤海小黄鱼渔获量与渤海冬季季风、北太平洋指数(North pacific index,NPI)呈显著负相关(P<0.05)，与黄海夏季季风、黄海海表温度呈显著正相关(P<0.05)。加入气候变量进行优化的Fox模型考虑了捕捞压力和气候变化的影响，该模型拟合的渔获量与统计的渔获量呈极显著相关(P<0.01)。研究表明：捕捞压力的增大是导致黄渤海小黄鱼渔获量变动的主要原因，气候变化也会对小黄鱼渔获量产生显著影响。

黄渤海；小黄鱼渔获量；Fox模型；捕捞压力；气候变化

小黄鱼(Pseudosciaenapolyactis)隶属于鲈形目(Perciformes)石首鱼科(Sciaenidae)黄鱼属(Pseudosciaena)。分布范围较广，主要集中在渤海、黄海、东海和朝鲜半岛西岸海区，水深小于100 m的海域，特别是受到长江径流影响的黄海南部和东海北部水深为40～80 m的海域[1]。自1850年代以来，小黄鱼在我国底拖网渔业中始终占有重要地位。然而，随着渔业装备和捕捞技术的不断发展，小黄鱼资源受到过度捕捞的严重威胁，加之环境恶化等因素的影响，致使小黄鱼渔获量在1952—1962年期间急剧下降[2-4]，渔业种群也呈现诸如低龄化、个体生长加快、性成熟提前等生物学特征的变化[5]。在1962—2012年间，黄渤海小黄鱼渔获量经历了急剧衰退，进而平稳发展，随后有所恢复，并快速上升的过程，小黄鱼渔获量的巨大波动已经引起了越来越多科学家的重视。

联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of the United，FAO)有关专家认为，气候变化不仅影响海洋物种的分布格局，甚至改变了海洋生物的生理过程，这些变化终将对渔业资源产生无法预估的影响[6]。Chang等[7]研究表明，海表水温、降雨以及气压等气候环境的变化对韩国近岸海域的渔业资源量以及海洋生态系统都产生了相当明显的影响。王跃中等[8]在研究中发现，我国东海带鱼渔获量变动不仅与捕捞压力的变化有关，还与海表水温、热带气旋、冬夏季季风、海表径流以及陆地降雨等气候因素的变化相关。Tian等[9]研究发现，太平洋秋刀鱼的资源波动受ENSO的影响并不明显，却与北太平洋指数NPI(North pacific index)显著相关。上述研究均表明，分析渔获量的变动规律不仅要考虑捕捞压力的影响，还应结合相应时间段内的环境和气候因子来解释[10]。

本研究基于1962—2012年《中国渔业统计年鉴》数据，并结合长时间序列的气候变化数据，分析捕捞压力和气候变化对黄渤海小黄鱼渔获量的影响，旨在探讨黄渤海小黄鱼渔获量变动的原因和机制，为我国小黄鱼渔业资源的管理和可持续利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

1.1.1 渔业统计资料 渔业统计资料主要来源于中国农业部渔业局编制的《中国渔业统计年鉴》(1949—2012年)[11-12]。分析的数据主要包括1962—2012年间我国黄渤海沿岸三省一市(辽宁省、河北省、山东省和天津市)的小黄鱼渔获量和捕捞努力量数据。本研究采用的捕捞努力量为渔船功率，由机动渔船和非机动渔船相加而得，单位统一用千瓦(kW)来表示，其中非机动渔船捕捞努力量是按其单位捕捞努力量渔获量(CPUE)的年间变动趋势与该海区相同功率的机动渔船比例标准化而来[13]。

1.1.2 气候数据资料 根据国内外有关气候因素对渔获量影响的研究，选择黄渤海冬季季风、黄渤海夏季季风、黄渤海海表温度、黄渤海沿岸降雨量、太平洋年代际涛动(Pacific Decadal Oscillation,PDO)、北太平洋指数等气候数据拟合小黄鱼渔获量。其中，降雨量数据来源于Climate Explorer(http://climexp.knmi.nl)网站，基于Global Precipitation Climatology Center(GPCC)V4，1°×1°的网格化数据。季风数据来自于Climate Explorer(http://climexp.knmi.nl)网站，获取每月2°×2°COADS(Comprehensive Ocean-Atmospheric Data Set)海面风速，夏季季风数据来自于每年6—8月海表平均风速，冬季季风数据来自于每年10月—次年3月海表平均风速[14]。海表温度(SST)同样来源于Climate Explorer(http://climexp.knmi.nl)网站，基于每月的2°×2°COADS(Comprehensive Ocean-Atmospheric Data Set)海表水温序列数据。NPI和PDO数据均来源于日本气象厅发布的气象数据。

为了提高气候数据的精确度，将黄海(32°N～38°N，120°E～126°E)和渤海(36°N～40°N，115°E～122°E)的气候数据分别计算，并把气候数据全部经过Z-score标准化进行无量纲化处理，之后再对气候数据进行K-S检验(Kolmogorov-Smirnov Test)显著性水平均大于0.05，即所得数据均符合正态分布，可以直接应用于小黄鱼渔获量的回归性分析及其他相关计算。

1.2 分析方法

1.2.1 分析捕捞压力对小黄鱼渔获量的影响 利用Fox模型分析捕捞压力对黄渤海小黄鱼渔获量的影响[15]。

Fox模型为：

Ye=Cfee-dfe。

(1)

式中：Ye为黄渤海小黄鱼渔获量；fe为黄渤海渔船的捕捞努力量；C、d为参数。

Fox模型中计算CPUE公式如下：

(2)

公式(2)两边取自然对数：

(3)

参数C、d的计算和置信区间采用paired data bootstrap方法估计。具体步骤：(1)对1962—2012年小黄鱼渔获量和捕捞努力量41对数据进行有放回式随机取样，每次抽取1 000组数据，得到新的1组1 000对数据；(2)根据公式(3)估计模型参数C和d；3)重复上述1、2步骤10 000次，得到参数C、d的分布情况[16]。得到参数分布后，代入公式(1)，计算捕捞渔获量Fox模型估计值Ye。

1.2.2 分析气候变化对小黄鱼渔获量的影响 应用优化的Fox模型分析捕捞压力对黄渤海小黄鱼渔获量的影响[16]：

Yo=Cfee-dfe+a1x1+a2x2……+anxn+b。

(4)

式中：Yo为黄渤海小黄鱼拟合渔获量；x1，x2，……，xn为气候因子；a1，a2，……，an为气候因子的偏相关系数，b为常数。

首先移除捕捞效应引起的渔获量变动ΔY=Y-Ye，ΔY式中为气候变化引起的小黄鱼渔获量变动，Y为实际捕捞量，Ye为Fox模型计算所得小黄鱼渔获量。

ΔY的年际变化与降雨、季风、海表温度、气候指数等因子相关。将气候数据代入公式ΔY=a1x1+a2x2+……+anxn+b，利用SPSS软件对渔获量变动对各气候数据进行线性回归分析。在回归分析中，各气候因子之前的偏相关系数用来说明其对小黄鱼渔获量变动的影响程度。

考虑到气候因子对渔获量的影响具有时滞性，在线性回归分析中，通过对小黄鱼渔获量前0～5年的气候因子逐年分析，找到每个因子对应的最适时滞年限，从而建立优化的Fox模型，拟合小黄鱼渔获量的变动。

2 结果

2.1 渔获量变动与捕捞努力量的关系

1962—2012年黄渤海小黄鱼渔获量和渔船功率变化如图1所示。从黄渤海小黄鱼历年渔获量变化可以看出，其渔获量存在明显的年际变化。1962—1971年小黄鱼渔获量呈波动下降趋势，1972年渔获量仅有0.41×104t；1972—1990年小黄鱼渔获量保持平稳状态；在1991—2012年间随着渔船功率的持续增长，小黄鱼渔获量也开始上升，2010年小黄鱼渔获量最高达26.7×104t。从黄渤海小黄鱼CPUE(t/kW)年际变化可以看出(见图2)，虽然捕捞压力增加导致黄渤海小黄鱼渔获量增加，但黄渤海小黄鱼CPUE在1962—1972年间急剧下降，在1973—1989年间保持平稳，随后有所回升。

图1 1962—2012年黄渤海小黄鱼渔获量和捕捞努力量的年间变化

图2 1962—2012年黄渤海小黄鱼CPUE的年际变化

采用Bootstrap方法对41组渔获量和捕捞努力量数据在R软件(R-3.3.1)中进行分析得到C=0.035 16，d=-0.000 121，所以小黄鱼的Fox模型为：

Ye=0.035 16fee0.000 121fe。

在SPSS软件中，用Fox模型根据黄渤海捕捞努力量拟合小黄鱼渔获量估计值，拟合结果显示，黄渤海小黄鱼渔获量与捕捞努力量的Fox模型回归系数达0.87，且模型具有显著性(P<0.01)，说明黄渤海小黄鱼渔获量与捕捞努力量之间具有显著的相关性。

2.2 渔获量变动与气候因子的关系

应用Fox模型移除捕捞压力引起的变动，由相关气候因素引起的黄渤海小黄鱼渔获量年间变动见图3。将黄渤海小黄鱼渔获量年间变动与相关气候变量进行多元线形回归分析，相关气候变量包括黄渤海沿岸降雨量、黄海海表温度、渤海海表温度、黄海冬季季风、黄海夏季季风、渤海冬季季风、渤海夏季季风、NPI指数和PDO指数(见图4)。

图3 移除捕捞压力影响的黄渤海小黄鱼渔获量的年间变动

考虑到气候影响的时滞性，对移除捕捞压力影响后渔获量的前0～5年的气候因子变动趋势逐年进行线性回归分析，选出回归模型中各因子具有显著相关性，并且优化后的模型与渔获量统计值具最大方差值的气候因子。结果表明，黄渤海小黄鱼渔获量与渤海冬季季风、北太平洋指数NPI呈显著负相关(P<0.05)，与黄海夏季季风、黄海海表温度呈显著正相关(P<0.05)，与黄渤海沿岸降雨、黄海冬季季风、渤海夏季季风、渤海表面温度、太平洋年代际涛动PDO没有显著相关性(P>0.05)。

比较发现，时滞为1年时具有最大方差值(R2=0.537，P<0.01)(见表1)，因此选择时滞1年时的气候因子进行线性回归分析，拟合出气候因子对黄渤海小黄鱼渔获量的影响。通过计算各气候因子的偏相关系数和显著性水平(见表2)，得到优化后的黄渤海小黄鱼渔获量Fox模型为：

Yo=0.035 16fee0.000 121fe+1.453xai-1+1.403xbi-1-

0.126xci-1-1.695xdi-1+1.099。

式中：Yo为黄渤海小黄鱼拟合渔获量；fe为黄渤海海洋捕捞渔船捕捞努力量；xa为黄海夏季季风；xb为黄海海表温度；xc为NPI；xd为渤海冬季季风。

2.3 渔获量拟合结果

黄渤海小黄鱼渔获量的年间变动，一方面由于捕捞压力引起，另一方面由于气候变化引起。根据优化后的Fox模型代入黄渤海渔船捕捞努力量和气候变量数据，计算出拟合的黄渤海区小黄鱼渔获量(见图5)，拟合结果表示，黄渤海区小黄鱼渔获量拟合值与统计值之间的回归系数为0.90，其置信水平达99%以上。

图4 1957—2012年黄渤海主要气候因子的变化趋势

时滞/aTimelagsig.R200.0010.49010.0000.53720.0010.48230.0020.44040.0020.43950.0150.371

表2 移除捕捞压力影响的小黄鱼渔获量变动与气候因子多元线性回归方程的偏相关性分析(时滞为1年)

Note：①Climatic variables；②Partial correlation coefficient；③North Pacific Index NPI；④Winter wend speed in the Bohai Sea；⑤Summer wend speed in the Yellow Sea；⑥Sea surface temperature in the Yellow Sea.

图5 1962—2012年黄渤海小黄鱼实际渔获量与拟合渔获量

3 讨论

3.1 捕捞压力对黄渤海小黄鱼渔获量的影响

本研究应用Fox模型拟合捕捞压力对黄渤海小黄鱼渔获量的影响，发现小黄鱼渔获量与捕捞努力量的Fox模型回归系数达0.87，且具有显著相关性，说明捕捞压力的增大是导致黄渤海小黄鱼渔获量变动的主要原因。黄渤海是我国开发较早且带来巨大海洋经济效益的海域，1950年黄渤海的海洋捕捞产量已经占据中国大陆捕捞总产量的1/2以上[17]。随着我国海洋渔业的迅猛发展，黄渤海捕捞渔船的捕捞努力量不断增加，渔船功率从1962年的14.1×104kW增加到2003年的382.9×104kW[12]。黄渤海小黄鱼在1960—1980年代由于过度捕捞导致渔获量缓慢下降，1972年降至最低，仅为0.41×104t[12]。自1980年代后期以来，渔船捕捞压力急剧增加，渔获量迅速上升，造成严重的捕捞过度和资源衰退，导致小黄鱼个体生长速度升高[18]，出现了生命周期缩短、性成熟提前、个体繁殖力上升等生物学特性的演变[19]，以适应高强度的捕捞压力，维持种群的延续。2010年黄渤海小黄鱼的渔获量达到最高值，为26.7×104t[12]。本研究表明，如果仅考虑捕捞努力量的影响，根据Fox模型拟合出的黄渤海小黄鱼渔获量与其实际渔获量的变动趋势存在一定差异(见图1)，这说明小黄鱼渔获量的变动不仅要考虑捕捞压力的影响，还应结合相应时间段内的环境气候因子的变化来解释[8,10,13]。

3.2 气候变化对黄渤海小黄鱼渔获量的影响

本研究发现，加入气候因子的Fox模型与小黄鱼实际渔获量拟合度更优，回归系数达0.90，且置信水平达99%以上，说明黄渤海小黄鱼渔获量的变动与捕捞压力和气候变化均密切相关。影响黄渤海小黄鱼渔获量的气候因子主要有：黄海海表温度、渤海冬季季风、黄海夏季季风和NPI指数。

黄海海表面温度与小黄鱼渔获量变动呈显著正相关。研究表明，小黄鱼属于暖温性鱼类，主要分布在暖水域或其边缘地带[1]。在适温范围内，随着温度适当升高，小黄鱼达到性成熟所需的有效积温时间提前，使得繁殖盛期提前[20]，有利于促进小黄鱼的性腺发育，并增加小黄鱼产卵数量[21]。另外，温度适当升高有利于浮游植物的光合作用，提高海域的初级生产力[22]，进而为小黄鱼提供充足的食物供给，对增加补充群体数量的有着重要影响。

渤海冬季季风、黄海夏季季风与小黄鱼渔获量变动分别呈显著负相关和显著正相关。渤海冬季季风产生负面影响可能与渤海季风造成海域中营养盐流失有关，渤海的季风会使渤海海域产生风生环流，在该环流驱使下，渤海高营养盐的海水会从南部峡口处流失，而缺乏营养盐的外海水又从峡口处流入，从而造成渤海初级生产力下降，进而对渔获量产生负面影响[23]。黄海夏季季风产生正面影响可能由于黄海海域夏季盛行西南风，阻碍了南下的黄海沿岸流[24]，减弱了黄海中部冷水团与吕泗至长江口水域海水混合导致的温度变化，为小黄鱼提供稳定的水温环境[25]。王跃中等[13]研究发现，与小黄鱼同属于暖温种的东海马面鲀(Navodonspp.)，其渔获量的年间变动也与海表温度及黄海夏季季风呈显著正相关，与本文的研究结论相似。

北太平洋指数NPI与黄渤海小黄鱼渔获量变动呈显著负相关。NPI是反映阿留申低压变化和异常的环流指数之一。阿留申低压是北半球主要的半永久大气活动中心之一，其强度和位置异常不仅导致“下游”美国西海岸和北美地区的气候异常，也会影响“上游”西太平洋和东亚地区的天气和气候。当NPI降低时，说明黄渤海气温偏高，导致黄渤海区域初级生产力升高，且有利于小黄鱼性腺发育和产卵。这一结论，也与上文中黄渤海水温升高使渔获量增加的结论相一致。根据相关报道，在1962—2012年间共出现过6次强厄尔尼诺事件[26]，在其发生的年份黄渤海小黄鱼的渔获量均呈现出不同程度的上升趋势。例如，在1986—1988年发生强厄尔尼诺事件期间[26]，黄渤海小黄鱼的平均渔获量为1.70×104t，均高于之前一年及之后一年的渔获量(分别为1.26×104和1.29×104t)。进一步证明海表面温度升高有助于小黄鱼渔获量增加。

本研究根据黄渤海小黄鱼渔获量变动趋势选择Fox模型进行拟合[27]，经典的剩余产量模型假设渔业资源种群是处于平衡状态的，可是在现实渔业中，渔业资源很少有处于平衡状态的情形[28]。近年来，在持续高强度捕捞状态下[29]，小黄鱼渔业面临资源崩溃的风险，小黄鱼生物学表型特征的进化演变几乎已达极限的危险预警[19]，因此当前的剩余产量模型可能无法完全准确反映近年来小黄鱼渔获量的动态变化。在今后的研究中需要考虑根据小黄鱼不同渔业状态选择多种模型进行拟合。

致谢：感谢中国海洋大学的田永军教授对本文提出了宝贵的修改意见，特此致谢！

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责任编辑 朱宝象

Impacts of Fishing Pressure and Climate Change on Catches of Small Yellow Croaker in the Yellow Sea and the Bohai Sea

LIU Xiao-Xiao, WANG Jing, XU Bin-Duo, XUE Ying, REN Yi-Ping

(College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

The influence of fishing pressure and climate change on the catch of small yellow croaker from Yellow Sea and Bohai Sea was studied according to the data collected from 1962 to 2012. We used the Fox surplus production model to fit the influence. The partial correlation between the variation of small yellow croaker catch and the climatic variables wasdetermined using a multivariate linear regression equation according to the inter-annual variation of multiple climatic factors and climatic indexes. We found that small yellow croaker catch from Yellow Sea and Bohai Sea was relatively stable from 1962 to 1989, but soared from 1990 to 2010. After removing variation trend of catch caused by increasing fishing pressure, the variation of catch was significantly partial correlated with sea surface temperature and summer monsoon in Yellow Sea(P<0.05), while negatively partial correlated with North Pacific Index and winter monsoon in Bohai Sea(P<0.05). The Fox model was optimized by considering the influence of climatic factors. The catch of small yellow croaker fitted by fishing effort and climatic variables was significantly correlated to the actual small yellow croaker catch from Yellow Sea and Bohai Sea(R=0.90，P<0.01), which indicated that variation of small yellow croaker catch was affected by fishing pressure and climate change. According to the future scenario of climate, small yellow croaker catch will experience greater fluctuation in future.

Yellow Sea and Bohai Sea; small yellow croaker catch; Fox model; fishing pressure; climate change

青岛海洋科学与技术国家实验室鳌山科技创新计划项目(2015ASKJ02)；高等学校博士学科点专项科研基金项目(20120132130001)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(201262004，201562030)资助 Supported by The Scientific and Technological Innovation Project Financially Supported by Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology(2015ASKJ02);the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education(20120132130001);the Fundamental Research Funds for the Central Universities(201262004,201562030)

2016-07-21；

2016-12-10

刘笑笑(1992-)，女，硕士生。E-mail:476166776@qq.com

** 通讯作者：E-mail：xueying@ouc.edu.cn

S932.4

A

1672-5174(2017)08-058-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160263

刘笑笑， 王晶， 徐宾铎， 等. 捕捞压力和气候变化对黄渤海小黄鱼渔获量的影响[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(8): 58-64.

LIU Xiao-Xiao, WANG Jing, XU Bin-Duo, et al.Impacts of fishing pressure and climate change on catches of small yellow croaker in the Yellow Sea and Bohai Sea[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(8): 58-64.