热带气旋对嵊泗贻贝养殖面积和产量的影响

吴祖立, 黄良敏, 王斐, 张胜茂, 章守宇

(1.上海海洋大学海洋生态与环境学院, 上海 201306; 2.中国水产科学研究院东海水产研究所, 上海 200090；3.集美大学, 福建省海洋渔业资源与生态环境重点实验室, 福建 厦门 361021)

贻贝是一种世界性养殖贝类，在我国山东、广东、福建、浙江等省有较大的养殖规模[1]。浙江贻贝养殖品种为紫贻贝(Mytilusedulis)和厚壳贻贝(Mytiluscoruscus)，采用筏式吊养的养殖方法[2-3]。浙江贻贝养殖区主要在舟山市嵊泗县马鞍列岛海域，位于杭州湾以东、长江口东南，该海域水质肥沃、温度适中、饵料丰富，为贻贝提供了优良的生长环境[4]。嵊泗贻贝历史养殖面积最高达1 645 hm2，2017年养殖面积为1 469 hm2，产量约14.79万t，产值达4.43亿元[5]。

浙江省地处我国东南沿海，属典型的亚热带季风气候，受太平洋副热带高压控制，夏秋季常受热带气旋侵袭，年均3.3个热带气旋影响浙江[6]。热带气旋过境前后，其造成的大风大浪常使沿海受灾区养殖设施损毁，如牡蛎、海带浮筏养殖和网箱养殖等[7-8]。嵊泗贻贝体质量增长最快的阶段在7—8月，8月下旬至9月中旬则为贻贝收割阶段[9-10]。同时，7—9月也是浙江受热带气旋影响最多的时期[11]，养殖密度如此高的嵊泗贻贝一旦受到热带气旋灾害，养殖浮筏设施将受到灾难性损毁，造成巨大损失。

为了更好地分析热带气旋对嵊泗贻贝养殖的影响，本研究利用中国气象局2000—2018年西北太平洋热带气旋移动路径资料和嵊山海洋气象站等监测数据，结合2000—2018年西北太平洋热带气旋的数量、移动路径和累积指数能量特征，与2011年第9号超强台风“梅花”(Muifa)影响前后所记录的养殖区和环境要素的卫星遥感影像和数据，分析了热带气旋对嵊泗贻贝养殖海洋环境场、养殖区位及面积的变化影响，旨在能更好地满足嵊泗贻贝养殖环境监测工作的需要，为嵊泗贻贝养殖区位合理分布等提供科学依据和建议。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究区域位于浙江省舟山市嵊泗县东北部的马鞍列岛海域，该列岛包括绿华岛、花鸟岛、壁下山岛、枸杞岛和嵊山岛等岛屿(图1)。马鞍列岛地处长江现代水下三角洲前缘斜坡区，东库山岛、求子山岛、柱住山岛、张其山岛和壁下山岛间及列岛两侧多为水深大于30 m的潮流深槽[4]，列岛中大部区域水深15—30 m，底质以沙、泥底质类型为主[12]。贻贝养殖区主要分布在枸杞岛的北部、西南部和东南部海域，少部分养殖区分布在嵊山岛的西南部、绿华岛南部和壁下山岛西南部沿岸海域。

图1 2010年浙江省嵊泗县马鞍列岛贻贝养殖分布Fig.1 Distribution of mussel culture in Ma’an archipelago, Shengsi country, Zhejiang province in 2010

1.2 数据来源

1.2.1热带气旋数据 本文采用的热带气旋数据为中国气象局提供的2000—2018年西北太平洋热带气旋移动路径资料[13]，其中包括2011年第9号超强台风“梅花”(Muifa)。资料包含热带气旋的记录时间、经纬度、近中心最大风速、中心最低气压，资料中记录的时间间隔为6 h。将热带气旋移动路径资料导入Microsoft Access 2010软件构建数据库，选取统计热带气旋的发生时间、移动路径经纬度、中心最大风速、气压数据。

累积气旋能量( accumulated cyclone energy，ACE )指数(IACE)，达到热带风暴或以上等级的热带气旋，当其为热带风暴状态时，每 6 h一次观测最大风速的平方的累积之和，其计算公式[14]如下。

式中，IACE表示累积气旋能量指数，m2·s-2；j= 1，…，m，表示热带气旋的个数；i= 1，…，n，表示一个热带气旋中其中心最大风速≥17.2 m·s-1的观测个数；vi表示最大风速。

1.2.2贻贝养殖统计数据 嵊泗贻贝养殖面积和产量数据来源于舟山市统计局发布的2002—2018年舟山市统计年鉴[5](http://zstj.zhoushan.gov.cn)资料，“梅花”灾后贻贝定损数据来源于《2011年嵊泗县国民经济和社会发展统计公报》(http://www.shengsi.gov.cn)和《2011年浙江省海洋灾害公报》(http://www.zjhy.net.cn/hygbneww/16454.jhtml)。

1.2.3遥感影像数据 利用GoogleEarth软件，获得马鞍列岛海域2010年7月10日的边界数据，经Bigemap软件下载18级影像图，分辨率为0.5 m，用于“梅花”影响前后贻贝养殖区本底对照数据的提取。由于卫星过境时间和大气条件限制，本研究选取美国地质调查局官网提供的Landsat 5 TM Level-1影像提取“梅花”影响前马鞍列岛贻贝养殖场的遥感影像，影像数据时间为2011年5月29日，分辨率为30 m。“梅花”影响后马鞍列岛的遥感影像来源于DigitalGlobe提供的WorldView-2影像(ID: 103001000DB57000)，影像时间为2011年9月12日，分辨率为2 m。2013、2016和2018年马鞍列岛贻贝养殖场的遥感影像和马鞍列岛海域的电子海图，由Bigemap软件下载。所有影像数据在Arcgis 10.6软件中解析勾画贻贝养殖区面积[15]。

1.2.4海气实测数据 海上实测数据为国家海洋数据信息服务中心(http://www.odinwestpac.org.cn)发布的嵊山浮标观测站(30.8°N，122.8°E)和大陈浮标观测站(28.5°N，121.9°E)监测数据，包括日期、风向(°)、风速(m·s-1)、海水温度(℃)、气压(hPa)、波高(m)等。数据时间跨度为2010年1月1日—2018年12月31日，数据记录时间尺度为1 h。

1.2.5海况遥感数据 海流资料来自HYCOM模式同化的表层海流和表层海温产品(https://www.hycom.org)，资料水平分辨率为0.08°，时间分辨率为3 h。海表有效波高和海表风场数据来源于哥白尼海洋环境监测服务系统(Copernicus Marine Environment Monitoring Service，CMEMS)提供的全球海表有效波高模式数据和海表风场观测4级产品数据(http://marine.copernicus.eu)。有效波高数据水平分辨率为1°，时间分辨率为3 h，包括经纬度、日期、有效波高(m)等。风场数据水平分辨率为0.25°，时间分辨率为6 h，包括经纬度、日期、海表风速(m·s-1)和风向(°)等。海流、有效波高和风场数据时间跨度为2011年7月1日—2011年8月31日，在Arcgis 10.6软件提取与网格化处理[16]。

1.3 数据统计

采用Kolmogorov-Smirnov检验数据齐性[17]，对嵊山气象站与台风近中心距离和嵊山气象站监测的最大风速关系采用皮尔逊相关性检验[18]，统计检验均通过SPSS 22.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 嵊泗贻贝养殖发展概况

2.1.1养殖面积和产量变动趋势 图2数据显示，2002—2010年期间，嵊泗贻贝养殖面积和产量逐年增加，养殖面积年均增长率为14.20%，产量年均增长率为10.36%，2010年养殖面积达最大,约为1 614 hm2，同年产量7.88 万t。2011年养殖面积和产量出现急剧下降，较2010年的养殖面积和产量分别减少39.03%和39.61%。2012—2018年期间，养殖面积和产量逐步回升，养殖面积和产量的年均增长率分别为6.68%和15.07%，其中2016—2017年间在养殖面积增长率仅为4.16%的情况下，其产量增长率高达24.69%，单位面积产量为100.66 t·hm-2。

图2 2002—2018年浙江嵊泗县贻贝养殖面积和产量Fig.2 Culture area and yield of mussel in Shengsi country, Zhejiang province from 2002 to 2018

2.1.2养殖面积剧变分析 图1显示了2010年7月嵊泗贻贝养殖区分布和面积，其中主要的养殖区域分布在枸杞岛北面的后头湾和干斜海域。图3中显示了2011年5月(“梅花”前)嵊泗贻贝养殖区分布和面积情况，与图1中所圈养殖面积大小接近，表明2011年嵊泗贻贝养殖生产与2010年大体一致，不存在大面积人为停产休产情况。2011年9月(“梅花”后)嵊泗贻贝养殖面积较5月明显减小，特别是枸杞岛北面的后头湾和干斜养殖区。后头湾和干斜养殖区面积呈现向岸靠拢且压缩变化，并且在养殖区离岸外围呈现众多养殖浮筏散落分布。2011年9月影像中枸杞岛东南面的育苗场养殖区面积较5月也存在压缩变形状况，而枸杞岛南面的里西养殖区和嵊山岛西南面的嵊山养殖区面积变化不大。壁下山岛临近海域养殖区则因云层覆盖而无法判别养殖区面积的变化情况。

图3 “梅花”影响前后嵊泗贻贝养殖区面积变化Fig.3 Variation of mussel culture area in Shengsi before and after Muifa influence

2.2 历史环境场变动特征

2.2.1“梅花”对环境场扰动 由嵊山浮标监测的2011年期间研究海域的最低气压和最大风速分布如图4所示，其中最低气压和最大风速在8月初出现显著峰值。经比对，该期间超强台风“梅花”于8月3日进入我国台风48 h警戒线，8月5日进入24 h紧急警戒线，“梅花”中心与嵊泗贻贝养殖场距离最小的的日期为8月6—7日(图5)。嵊山浮标8月初监测的最低气压和最大风速峰值与“梅花”活动时间吻合，8月7日嵊山浮标监测的最低气压为974.6 hPa，最大风速为32 m·s-1，风力达11级风水平，风向为东北—东向。选取8月3—9日“梅花”活动期间的嵊山浮标最低气压和最大风速，结合同期 “梅花”近中心与嵊山浮标的距离进行相关分析，结果显示嵊山浮标监测的最低气压随“梅花”与浮标距离的减小而降低，呈显著正相关性(r=0.933，P=0.002)，而最大风速随“梅花”与浮标距离的减小而增大，呈显著的负相关性(r=-0.817，P=0.025)。

图4 2011年嵊山浮标监测最低气压和最大风速分布Fig.4 Minimum air pressure and maximum wind speed recorded by Shengshan buoy in 2011

图5 2011年“梅花”路径和强度分布Fig.5 Path and intensity of tropical cyclone Muifa in 2011

由于嵊山浮标站的实测有效波高数据缺失，本研究选取临近海域的大陈浮标站实测有效波高数据和遥感数据反映“梅花”活动对浙江沿岸风浪的影响程度。图6中大陈浮标站于2011年8月5—6日实测最大有效波高为4.5～5.5 m，是“梅花”影响前后实测最大有效波高的3.67倍。

图6 2011年“梅花”期间大陈浮标站实测最大波高Fig.6 Maximum measured wave height of Dachen buoy during tropical cyclone Muifa in 2011

图7中显示，“梅花”影响前10 d和影响后10 d的马鞍列岛海域风速风向与“梅花”影响马鞍列岛海域当天的风速风向存在显著差异。“梅花”影响前的7月25日，马鞍列岛海域的有效波高为0.5 m；“梅花”影响时的8月7日，马鞍列岛海域的有效波高为4.2 m；“梅花”影响后的8月12日，马鞍列岛海域的有效波高减小为1.0 m，表明马鞍列岛海域受“梅花”影响，沿岸出现较大的台风浪过程。“梅花”影响时马鞍列岛海域的海表流流向和流速与“梅花”影响前后时期的比较，存在剧烈的变化。受台湾暖流影响，马鞍列岛海域的海表流流向自南向北，流速均较小；而“梅花”影响时，马鞍列岛海域的海表流流向自东北向西南，流速达1.7 m·s-1。综上所述，受“梅花”途经马鞍列岛贻贝养殖区东部外海海域，导致养殖区内环境场骤变，出现东北东向11级大风，同时产生较大的台风浪，海表流场流向转变且流速大。

2.2.2热带气旋特征 由2000—2018年的热带气旋移动路径资料分析所得，19年间共有38个热带气旋进入影响海域范围(图8A)。年均热带气旋数约有2个，其中2002、2009—2010和2014—2016年间热带气旋活动数量少(图8B)。热带气旋活动主要集中在7—9月，占总数的84.21%，其中8月累计热带气旋数量最多，共计15个，占总数的39.47%(图8C)。

A：进入影响海域的热带气旋路强度与路径分布图；B：热带气旋活动数量年分布图；C：热带气旋活动数量月分布图；D：研究区域热带气旋强度与路径分布放大图；E：研究区域热带气旋ACE分布图。红色箭头为类型Ⅰ热带气旋移动路径；绿色箭头为类型Ⅱ热带气旋移动路径。A: Distribution of the intensity and path of tropical cyclones entering affected sea areas; B: Annual quantity statistics of tropical cyclone activity; C: Monthly quantity statistics of tropical cyclone activity; D: An enlarged view of the intensity and path distribution of tropical cyclones in the study area; E: ACE distribution of tropical cyclones in the study area. Red arrow shows type Ⅰ path of tropical cyclones; green arrow shows type Ⅱ path of tropical cyclones.图8 2000—2018年影响研究区域热带气旋强度与路径、数量统计和累积气旋能量指数Fig.8 Intensity and path, quantity statistics and IACE of tropical cyclones affected study area during 2000 and 2018

按热带气旋移动路径可将38个热带气旋分为2类型(图8D),类型Ⅰ：热带气旋特征是热带气旋中心直接在浙江登陆后以西北向进入内陆，19年来共有9个类型Ⅰ热带气旋，占总数的23.68%。该类型热带气旋登陆前强度等级大部分为强台风级，主要在马鞍列岛以南200 km半径外登陆。类型Ⅱ：热带气旋特征是热带气旋紧靠福建、浙江沿海或登陆后北上转向进入黄、渤海海域，该类热带气旋共有29个，占总数的76.32%。该类型热带气旋分两组，其中一组途径马鞍列岛西北面的热带气旋以热带风暴或热带低压强度为主，另一组途径马鞍列岛东南面的热带气旋以台风强度为主。

图8E中IACE值分布显示，距马鞍列岛200—350 km的南部海域历史热带气旋活跃度高且绝对能量大，该区域主要是Ⅰ类型热带气旋移动路径区域，IACE值最大为5.6×103m2·s-2。而马鞍列岛西北面和东南面海域的类型Ⅱ热带气旋活跃程度和绝对能量较Ⅰ类的小，100 km半径海域内的IACE值介于600 ～1.6×103m2·s-2，但以东南面海域的IACE值较大。

2.2.3风场特征 2010—2018年间马鞍列岛海域最大风速和风向的逐月分布见图9，该海域全年南东南-东东南向的大风稀少，可将研究海域最大风速风向的变化划分为3个时期。第一时期是9月至翌年4月，风向主要为西北—东北向，该时期该风向的平均最大风速为(11.66±3.90) m·s-1；而其次风向为南西南—南向，平均最大风速为(7.47±2.35) m·s-1。第二时期是5—6月，该时期风向为南北向轮转，除南东南—东东南向外，各风向较均匀，且平均最大风速较小，为(7.22±3.00) m·s-1。第三时期是7—8月，7月风向以北东北—东东北向和南—西西南向为主，其中北东北向的风速较大，平均风速为(13.27±4.52) m·s-1；8月的特征是风向以西西北—北东北向为主，且风速较大，多次记录最大风速介于20～32 m·s-1，达9～11级风水平。

图9 2010—2018年马鞍列岛各月最大风速和风向分布Fig.9 Monthly maximum wind speed and wind direction in Ma’an archipelago during 2010 and 2018

2.3 养殖区位变化

自2011年后，马鞍列岛贻贝养殖面积的扩增有三个时期平缓期(图2)，分别是2013—2014年、2015—2016年和2017—2018年，本研究分别对2013、2016和2018年的养殖区位变化进行分析，结果见图10。3年的养殖区位与2010年的相比，主体区位仍集中在原本的4个养殖区，但各年间有变化。绿华岛的养殖区由2013年的范围逐渐向南部扩张至2016年的范围，2016年后则保持不变。壁下山岛养殖区位随时间变化最大，2013年的养殖区位仅分布在壁下山岛的海湾内，2016年开辟多处小面积的养殖区，2018年养殖区向西南部海域扩张，面积逐渐增加。枸杞岛养殖区是马鞍列岛贻贝养殖的最主要产区，其北面的后头湾养殖区已饱和，仅干斜养殖区向西北面逐步扩张；西南面的里西养殖区在2018有向西南部海域外扩的变化；东南面育苗场养殖区的变化最剧烈，2013年的养殖面积极不规则，处于“梅花”后逐渐恢复生产阶段，2016年则向沿岸收缩，直至2018年该养殖区的面积才达到2010年面积范围。嵊山岛养殖区则保持着非常稳定的状态，仅2016年后在嵊山岛养殖区的东南面临近海域开辟一个小面积的养殖区。

图10 2013、2016、2018年间马鞍列岛贻贝养殖区面积变化和潜在养殖区分布Fig.10 Variation of mussel culture area in Ma’an archipelago in 2013, 2016, 2018 and its potential culture area

3 讨论

3.1 环境场变动对贻贝养殖影响分析

《2011年嵊泗县国民经济和社会发展统计公报》记载，全年贻贝养殖面积1 666.67 hm2，比上年增长1.2%，但受台风“梅花”影响，贻贝养殖损失严重，年末贻贝养殖产量 4.76万t，贻贝养殖产值0.95亿元，分别比上年减少39.6%和24.7%[19]。本研究中2011年9月的遥感影像显示，位于枸杞岛北面的后头湾和干斜养殖区贻贝养殖区呈现向岸靠拢且压缩变化，且在养殖区离岸外围呈现众多养殖浮筏散落分布的状态，这主要受“梅花”影响导致的马鞍列岛海域出现最大风力达11级的东北风，同时海表流流向与风向一致且流速大，使得枸杞岛北面养殖筏架向岸挤压变形。而与风向海表流向相反的枸杞岛南面的里西养殖区和嵊山岛西南面的嵊山养殖区则受地形遮蔽，养殖区面积和形状变化不大。

贻贝养殖是凭借其足丝营固着生活的特性进行浮筏吊养[9]，足丝的附着强度与其栖息环境有关[20]，超过足丝耐受限度的风浪作用下，足丝断裂导致贻贝脱离吊绳死亡[21]，因此热带气旋对贻贝养殖的灾害还包括贻贝个体受台风浪作用脱离吊绳减产。由于本研究仅从遥感影像观测贻贝养殖面积，缺乏对养殖水面下贻贝产量的分析，无法反映灾后贻贝产量的实际损失量。因此，在热带气旋灾后对贻贝等浮筏养殖产业评估受损程度时仍需对受灾现场养殖对象进行抽样调查生物量变化。

3.2 历史热带气旋和风场分析

嵊泗贻贝体质量增长最快的阶段是在7—8月，8月下旬至9月中旬则为贻贝的收割阶段[10]，同时7—9月也是马鞍列岛受热带气旋影响最多的时期，期间热带气旋数占全年影响研究海域热带气旋总数的84.21%，特别是Ⅰ类型热带气旋的路径分布虽在距马鞍列岛200—350 km的南部海域，但其气旋强度大且IACE值高，该移动类型的典型个例为2004年14号台风“云娜”(Rananim)[22]、2005年9号台风“麦莎”(Matsa)[23]和2012年11号强台风“海葵”(Haikui)[16]等，这些热带气旋均发生在8月期间，对浙江东北部海域均造成一定的影响。

2010—2018年间马鞍列岛海域7—8月的最大风速和风向分布不同于其余月份，特别是在8月中多次记录的风向和风速以西西北-北东北向的9～11级大风为主，引起该月出现大风过程的主因为热带气旋的活动，如此时降为台风至强热带风暴级别的2011年9号超强台风“梅花”[24]和2015年9号超强台风“灿鸿”(Chanhom)[25]等，这些都属于类型Ⅱ中途经马鞍列岛东南面的以台风强度为主的热带气旋。虽然该类型热带气旋的IACE值较低，但其气旋中心距离研究海域近。当贻贝育成期遇上该类热带气旋影响产生的风暴潮，则会导致嵊泗贻贝损失惨重[26]。

3.3 养殖区位规划

枸杞岛东南面育苗场养殖区的养殖面积与其他区域的养殖区相比，在2013—2018年间出现剧烈变化，这与该养殖区所处的地理位置有关。马鞍列岛中的绿华岛、花鸟山岛、壁下山岛、枸杞岛和嵊山岛地理分布呈西北—东北—东南向弧形排列，天然构筑了一个避东北—东南风的列岛港湾。本研究中2010—2018年间马鞍列岛海域的风向也以东东南—东南—南东南向的风力分布最少，反映出绿华岛、花鸟山岛、壁下山岛、枸杞岛和嵊山岛地理分布起到优良的避风屏障作用，枸杞岛东南面育苗场养殖区位于列岛避风屏障外围，因此受风浪影响较其他养殖区的大。

曾旭等[12]研究马鞍列岛海域底质类型和水深等的分布状况，探明各岛屿的西南面离岸海域为沙泥底质、水深为15～20 m。结合电子海图的水深数据和航道功能区划，枸杞岛西北面干斜养殖区的外围已处于30 m等深线，受水深限制，该养殖区已无法向西扩张，枸杞岛养殖面积已处于饱和状态。受航道与锚地的限制，绿华岛南面养殖区不能大范围向南扩张，壁下山岛和嵊山岛西南面养殖区仍有向外扩张的潜力。因此，马鞍列岛的贻贝养殖选址在现有的基础上仍可适当开发绿华岛南面、壁下山岛和嵊山岛西南面海域的贻贝养殖，而花鸟岛、东库山岛、求子山岛、柱住山岛和三横山岛弧岛链西面海域的底质和水深均适合贻贝养殖，可尝试开辟新的养殖区。