长岛海带养殖海域海表温度遥感监测分析

张佳泽 孙月莹 张胜茂 张收元 邹国华

摘要：海带富含营养物质，属于高经济价值养殖的藻类，海表温度是影响海带产量的主要因素之一。文章对长岛海带养殖海域南北方向样本点1～4，东西方向样本点5～8，利用GEE编程提取MODIS-Terra的L3SMI的海表温度，按月计算各像素的平均值。分析结果显示2019年4～9月样本点1～4温度差异较大，最大差值为2℃。11、12月，1月、2月，南面的海域相比北面的海域温度低，3～6月份相反。样本点5～8同月温度差距最大为1℃，在4～9月，东面样本点海域温度低于西面样本点海域温度，其他月份东面样本点海域温度高于西面。

关键词：长岛;海带养殖;海表温度;遥感

中图分类号：S973      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）11-0092-03

1 引言

海带（Laminaria japonica） 富含维生素B2、烟酸以及碘等多种微量元素，具有很高的经济价值，在我国有较大的养殖规模[1-2]。据统计，2020年我国藻类总产量为262万t，海带产量达到165万t，占藻类总产量的63.15%[3]。海带自然生长在亚寒带，通常生长期为2到3年，我国采用筏式养殖技术，结合自然光全人工育苗，海带养殖周期缩短为1年[4]。海带生长通常经过几个阶段[5]，在幼龄期孢子体的形成从单细胞的受精卵开始，叶片薄而平滑，当长成海带苗后需要在适合的海域环境中暂养，使其适应海水环境条件，达20cm左右后开始分苗，一般10月初至中旬出库，10月底到11月上旬开始分苗。海带苗种暂养筏架用竹竿制作，规格通常为9m 长宽的正方形，可暂养3～4帘海带苗种。暂养一段时间后开始挂苗，挂苗是用吊绳直接将养殖绳挂到筏架上，一般采用平养法挂苗，苗绳斜平地挂于水层中。

山东是我国最大海带养殖省份之一，2020年我国海带养殖產量为50.92万吨，占全国海藻产量的30.83%。长岛海带人工养殖较早，始于1958年，被渔家称为“衣食父母”，为中国海带之乡[6]。长岛位于辽东半岛和山东半岛之间，地理环境独特，生态环境优良，水质清新，是我国海带生产最为理想的养殖基地[7]。海水表面温度海洋水文的一项基本要素[8]，是初级生产力分布重要影响因子[9]，有研究发现海带叶长最大时水温为11～14℃，叶宽最大时水温为13～15℃[4]，遥感技术具有监测范围大、瞬时成像、快速处理、迅速获取信息和实施动态监测等优势[10-11]，本文利用GEE（Google Earth Engine） 提取MODIS-Terra的L3SMI的海表温度，为掌握长岛海域海表温度时空变化信息提供参考。

2 数据与方法

2.1 研究范围

长岛地处渤海，由大小十八个岛屿组成，本文研究区域选择长岛所属的几个岛屿，主要包括北隍城、南隍城、大钦岛、小钦岛、砣子、北长山、南长山、大黑山等8个。

由北向南选择南北隍城岛、小钦岛、大钦岛、砣子岛、南长山岛附近海域的1～5个点，由东向西选择南长山岛、北长山岛、庙岛、大黑山岛附近海域的5～8点（表1） ，统计各点月平均海表温度。

2.2 遥感数据

海洋环境数据使用美国宇航局的中等分辨率成像光谱仪（MODIS） 反演的三级标准映射图像产品（SMI，Standard Mapped Image Products） [12]，SMI产品是由地球的等距圆柱投影构成的二维阵列，月平均数据是一个月中像素值在某个点处的平均值，选用MODIS-Terra的L3SMI海表温度，数据空间分辨率为4 km（图1a） ，数据插值后效果如图1b。

2.3 数据处理流程

利用GEE提取MODIS-Terra的海表温度，首先根据经纬度设置1～8个样本点对象，设置遥感数据源为MODIS-Terra的L3SMI，然后根据起止时间，获取海表温度遥感数据，计算月平均值，根据样本点读取数据，并转换为数值型，便利读取所有点的数据，在起止时间范围的数据读取完后以文件形式导出海表温度数据（图2） 。

3 结果与分析

海带原为冷水性海藻[13]，其生长温度为0～13℃，以2～7℃为最适温。长岛海域各样本点温度变化范围在3～26℃（表2） ，温度最高值在8月，温度最低值在2月。每年的11月份海带夹苗，一颗颗夹在麻绳上，生长周期约为6个月，1～4月海表温度在3～9℃，是最适合海带生长月份。

海带在海上养殖过程经过凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期、衰老期（表3） 。海带在薄嫩期（脆嫩期或平滑期） 海带长到1m左右，生长部呈楔形，生长部及其新形成的组织使叶片厚度增加。这个时期叶片生长速度最快，含水量多，质地脆而嫩，极易折断。春季，随着海区水温的升高（12℃） ，海带进入厚成期，长度生长速度迅速下降，厚成期晚期海带叶片梢部脱落速度大于海带叶片增长速度，可以进行大规模的收获。一般从4月中下旬开始，到8月中旬结束。

2019年3～10月，在样本点5～8海表温度高于本点1～4，其他月份（图3） ，样本点5～8海表温度低于样本点1～4，最低值都在2月份，最高值都在8月份。

计算样本点1～4各月平均值，然后计算各样本点温度与平均值的差（图4） ，2019年4～9月样本点1～4温度差异较大，最大各点最大差值2℃。11、12月，1月、2月，南面的海域相比北面的海域温度低，3～6月份相反。长岛海岛一般“五一”前后陆续成熟[6]，每年5～7月是长岛海带收获季节，长岛南面海域比北面海域升温早，因此海带南面早于北面海域先熟。海带的薄厚与生长期有关，长岛产的海带厚实，而福建产的海带薄一些。

样本点5～8各月海表温度平均值的差（图5） ，同月样本点温度差距最大为1℃，在4～9月，东面样本点海域温度低于西面样本点海域温度，其他月份东面样本点海域温度高于西面样本点海域温度，因此长岛东面海域的海带略早熟于西面海域。

4 结束语

海带养殖过程经过挂苗、凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期、衰老期等阶段，其生长过程受海表温度影响较大。本文对长岛的北隍城、南隍城、大钦岛、小钦岛、砣子、北长山、南长山、大黑山附近海域样本点，利用GEE编程提取MODIS-Terra的L3SMI的海表温度，按月计算各像素的平均值。每年5～7月是长岛海带收获季节，长岛南面海域比北面海域升温早，因此海带南面早于北面海域先熟。东面样本点海域温度低于西面样本点海域温度，其他月份东面样本点海域温度高于西面样本点海域温度，因此长岛东面海域的海带略早熟于西面海域。

参考文献：

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[10] 伍玉梅，王芮，程田飞，等.基于卫星遥感的赤潮信息提取研究进展[J].渔业信息与战略，2019，34（3）：214-220.

[11] 吴祖立，张胜茂，戴阳，等.空间信息技术在海洋牧场中的应用研究进展[J].海洋渔业，2019，41（6）：753-762.

[12] 张胜茂，常卫东，王斐，等.基于GEE的东海渔场长时间序列环境分析[J].电脑与信息技术，2021，29（1）：17-20.

[13] 陈思旺，许凯，王文磊，等.南日岛养殖海带的生长、碳氮磷元素含量及对海水颗粒和溶解有机物的影响[J].水产学报，2020，44（8）：1306-1316.

收稿日期：2022-02-25

基金项目：山东省农业农村厅政府购买服务计划（项目编号：SDGPPS2020C（260001）013）

作者简介：张佳泽（1998—），男，硕士，研究方向为渔业信息、软件工程;孙月莹（1999—） ，女，硕士，研究方向为渔业信息;张胜茂（1976—），男，通信作者，研究员，博士，研究方向为渔业数据挖掘、鱼类图像分析等领域;张收元（1978—），男，碩士，研究方向为水产养殖、渔业统计;邹国华（1979—） ，学士，研究方向为渔业信息化、数据分析。