中西太平洋鰹漁場時空分布研究

方 舟，陳洋洋，陳新軍，郭立新

（1.上海海洋大學海洋科學學院，上海 201306；2.大洋漁業資源可持續開發教育部重點實驗室，上海 201306；

3.國家遠洋漁業工程技術研究中心，上海 201306；4.農業部大洋漁業開發重點實驗室，上海 201306；5.農業部大洋漁業資源環境科學觀測實驗站，上海 201306）

鰹（Katsuwonus pelamis）在世界金槍魚漁業中占有極其重要的地位［1］，中西太平洋海域是世界金槍魚圍網的主要作業漁場［2］。近年來，中西太平洋鰹平均年產量超過150×104t［3］，占該區域金槍魚圍網產量70%以上，是其它熱帶金槍魚類總產量的兩倍［4］。針對該海域開展相關的漁情預報工作對有效提高鰹產量、減少盲目尋找漁場起著積極的作用。高產漁區鰹的分布情況是漁情預報研究的依據和前提，而長時間序列的漁場空間分布及漁況分析可以深入了解鰹漁場的變化規律，是了解漁業資源狀況的主要手段［5］。以往的相關研究中，有的已是多年前的研究結果［6］，有的則僅僅根據我國相關的生產數據進行分析［7］，且研究的范圍尺度較大，并不能很好地反映相對集中的鰹資源分布情況。隨著近些年海洋環境的變化以及捕撈數據的健全，研究者逐漸認識到中西太平洋海域鰹主要集中于某些適宜的棲息海域，針對此類漁場的空間分布研究也亟需開展。因此，本研究利用1995—2014年太平洋共同體秘書處（The Secretariat of the Pacific Community，SPC）所提供的鰹漁獲數據，著重分析在鰹高產海域中長時間序列下漁場時空分布情況，以期為后續資源量狀況分析和漁情預報模型的建立提供相關基礎資料。

1 材料與方法

1.1 材料來源

中西太平洋鰹生產統計資料來自太平洋共同體秘書處（SPC，http：／／www.spc.int／fame／en）。該統計資料包含日本、韓國、中國、澳大利亞、美國、西班牙和南太平洋島國等所有在此海域進行鰹圍網作業的國家和地區，統計內容包括年、月、經度、緯度、投網次數以及漁獲量。SPC提供的數據庫中，空間分辨率為經緯度5°×5°，統計區域為20°S～20°N、125°E ～160°W。本文研究時間范圍為1995—2014年。

1.2 數據預處理

根據生產數據的特點，按緯度方向每5度統計緯度方向各海區產量分布情況（圖1）。經統計分析，5°S～5°N、125°～175°E海域共計 22個海區為最重要的作業海域，其產量約占總量的87.4%。因此本研究以 5°S～5°N、125°～175°E海域的22個5°×5°海區作為分析對象，對不同年份和月份CPUE的差異進行分析。

圖1 中西太平洋鰹圍網各緯度海區的產量分布Fig.1 Distribution of cumulative Katsuwonus pelamis catch based on the latitude in the Western and Central Pacific

1.3 研究方法

1）根據不同年份和月份進行統計，分析歷年、月產量和平均CPUE的變化規律。

2）根據不同經緯度統計歷年產量，了解鰹漁獲在各年、月的主要作業海域和變化規律。通過產量的空間分布變化來顯示作業漁場的時空分布，利用重心分析法計算1995—2014年各月份作業漁場的重心，其公式為［8］：

式中，X、Y分別為某一年度的產量重心位置，分別是經度和緯度；Ci為漁區i的產量；Xi為某一年度漁區i中心點的經度；Yi為某一年度漁區i中心點的緯度；j為某一年度漁區的總個數。

3）計算各年產量重心間的歐式距離（Euclidean distance），比較年間的變化情況［9］。歐式距離公式為：

式中，Dkl為k年與l年產量重心之間的距離；Xk、Yk分別為k年度產量重心的經、緯度；Xl、Yl分別為l年度產量重心的經、緯度。根據計算后的歐式距離，將1995-2014年各年、月的產量重心按照最短距離法進行聚類，分析比較其變化差異［10］。

4）根據不同年份和月份，統計22個漁區的CPUE，利用雙因素方差分析（two-factor analysis of variance，ANOVA）進 行 研 究［9］。首 先 利 用Levene檢驗驗證數據是否符合方程齊性，若不符合，則將 CPUE值進行對數轉化［ln（CPUE＋1）］，使得該數值可以進行方差分析［11］；然后利用Tukey檢驗對顯著性差異的值進行多重比較檢驗［11］，來研究中西太平洋鰹 CPUE在年份和經度，以及月份和經度上的差異。

上述分析均使用 MS Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 歷年產量和平均CPUE變化規律

1995—2014年間，圍網漁船在中西太平洋海域共捕獲鰹166.689×105t。從統計數據中可以發現，鰹產量逐年穩步提升，其中1998—2003年處于較低水平，2005—2010年為中高水平，2012—2014年達最高水平；而由于捕撈努力量的變化，CPUE在年間的波動較大（圖 2-A）。1995—1996、2006—2010年以及 2012年 CPUE均高于14 t·d-1，其中1995年CPUE達到了歷年最高，為 16.01 t·d-1。1997、2003—2004、2011年和2013年的CPUE值均低于10 t·d-1，其中1997年為歷年最低值，僅為6.10 t·d-1。從月間變化來看，各月產量與CPUE均保持一致的變化趨勢。1—5月份的月總產量保持在140×104t以上，CPUE均在12 t·d-1以上，處于一年中產量高位，并在5月達到最高值（產量157.7×104t，CPUE值13.25 t·d-1）；從 6月開始，產量和CPUE隨月份不斷下降，至9月降至最低值（產量112.3×104t，CPUE值 9.56 t·d-1）。隨后再次升高，10—12月產量穩定在135×104t以上，CPUE值穩定在 11.5 t·d-1以上（圖 2-B）。由此可見，1—5月為中西太平洋鰹的主要漁汛期，10—12月為次汛期。

2.2 產量重心的年度和月度變化

中西太平洋鰹漁場歷年漁場重心變化明顯。多數年份的漁場重心集中在1°S～0.5°N、152°～158°E之間（圖3-A）。另外還有3組年份的漁場重心較為集中，分別為：1995—1996年和2003年，漁場重心分布于傳統漁場的西北部，為0°～1°N、148°～150°E之間；2008、2010年和2011年，漁場重心分布于傳統漁場的南部，為1.5°～2.5°S、154°～156°E之間；2001—2002年和 2014年，漁場重心分布于傳統漁場的東北部，為1.5°～2.5°S、154°～156°E之間。以上漁場重心的變化主要是受年際間環境差異的影響。從月份間漁場重心變化可知，1月漁場重心主要在1.5°S、155°～156°E，隨后逐漸向西北方向移動，從4月之后開始向東移動，經度從152°～153°E移動至158°E左右，緯度基本保持在0°附近；自10月起，漁場重心向南移動，經度在157°～159°E，緯度從1°S逐漸移動至2°S。全年的漁場重心呈順時針方向移動。從圖3-B可以看出，主要分為3組：2—5月一組，6—9月一組，10月—翌年1月一組（圖3-B）。

2.3 產量重心聚類分析

不同年間產量重心存在較大的差異。從計算的歐式距離結果來看，年間產量重心距離最短的為1997年和2000年的0.090 2，而距離最大的為1995年和1997年的4.332 3。兩個相接鄰或（接鄰 ＋1）年份，其歐式距離均小于 0.4。從1998年和1999年處出現的分支產生了較大的差異，歐式距離均超過了1。處于末端的1997年則與1998、1999年的距離很大，在 1.3～2.1之間，與1995年間的歐式距離則達到了最大值（表1）。

圖2 1995—2014年中西太平洋鰹歷年產量和平均CPUE的年度（A）和月度（B）分布Fig.2 Distribution of annual（A）and monthly（B）catch and mean CPUE of Katsuwonus pelamis in Western and Central Pacific during 1995—2014

圖3 中西太平洋鰹歷年產量重心年度（A）和月度（B）變化Fig.3 Distribution of annual（A）and monthly（B）catch gravity position of Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

表1 中西太平洋鰹各年產量重心分布空間距離排序Tab.1 Rank of spatial distances between different years of gravity positions for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

經過聚類分析得知，假設以空間距離1為閾值，可將歷年的產量重心分為4類，即1995年、1996年、2003年為一組，1997年、1999年、2000年、2004年為一組、1998年、2001年、2002年、2014年為一組，剩余的其它年份為一組（圖4）。

圖4 中西太平洋鰹各年產量重心聚類結果Fig.4 Aggregative results of annual gravity catch for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

而不同月份之間產量重心分布則相對較為集中。從結果來看，除了1月和5月外，其它各月間的產量重心歐式距離不超過1.2，且相鄰月份間歐式距離均較短（如2—4月、6—8月、10—12月等）。除了1月份外，可以發現產量重心距離可以明顯地分為兩個部分，即上半年（2—5月）和下半年（6—12月）。1月份的產量重心相對其它月份均較遠（表2）。

經過聚類分析得知，假設以空間距離1.3為閾值，可將歷年的產量重心分為3類，即6—9月為一組，1月、10—12月為一組，2—5月為一組（圖 5）。

圖5 中西太平洋鰹各月產量重心聚類結果Fig.5 Aggregative results of monthly gravity catch for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

2.4 不同漁區CPUE方差分析

通過Levene檢驗，發現定義的22個漁區的CPUE值為非齊性（P＜0.01），通過對數轉換后，數據集符合齊性要求。根據方差分析的結果可以發現，鰹的CPUE隨著時間和空間的變化而發生較大的變化，不同年份不同經度（F＝21.0，df＝40，P＜0.01）以及不同月份不同經度（F＝231.93，df＝32，P＜0.01）的 ln（CPUE＋1）值均存在顯著差異。

從年度變化來看，不同年份的ln（CPUE＋1）值有著顯著差異（F＝3.99，df＝19，P＜0.01）。Tukey多重比較結果表明，ln（CPUE＋1）存在差異的年份集中于1995年、1997年和2004年。此3年包含了歷年CPUE的極值年份（最大值、最小值和次小值）。其中1995、1997年均與2006—2010、2012、2014年 ln（CPUE＋1）存在顯著差異（P＜0.01）；2004年與 2007、2009年 ln（CPUE＋1）存在顯著差異（P＜0.01）（表3）。

從月度變化來看，不同月份的ln（CPUE＋1）值有著顯著差異（F＝12.09，df＝11，P＜0.01）。Tukey多重比較結果表明，ln（CPUE＋1）值在月間的差異可以明顯分為兩個階段，上半年（1—6月份）與7—9月的ln（CPUE＋1）存在顯著差異（P＜0.01）；2—5月與 10、12月的 ln（CPUE＋1）同樣存在顯著差異（P＜0.01）；而其它月份則不存在差異（P＞0.01）（表4）。

表2 中西太平洋鰹各月產量重心分布空間距離排序Tab.2 Rank of spatial distances between different months of gravity positions for Katsuwonus pelamis in the Western and Central Pacific

表3 中西太平洋鰹魚年間CPUE［ln（CPUE＋1）］多重比較差異結果Tab.3 Result of multiple comparison of Katsuwonus pelamis tuna CPUE［ln（CPUE＋1）］in the Western and Central Pacific

表4 中西太平洋鰹魚月間CPUE［ln（CPUE＋1）］多重比較差異結果Tab.4 Result of multiple comparison of monthly Katsuwonus pelamis CPUE［ln（CPUE＋1）］in the Western and Central Pacific

從漁區變化來看，不同漁區的ln（CPUE＋1）值也有著顯著差異（F＝36.39，df＝21，P＜0.01）。Tukey多重比較結果表明，不同經度和緯度的分布存在明顯差異。從經度方向上看，無論緯度處于何處，125°～135°E海域與140°～175°E海域內的ln（CPUE＋1）值存在顯著差異（P＜0.01）；從緯度方向上看，處于同一經度范圍內，其南北緯海域不存在差異（P＞0.01）；從漁區整體上來看，位于西北部（0～5°N、125°～135°E）漁區與東南部（0～5°S、140°～175°E）的 ln（CPUE＋1）值存在顯著差異（P＜0.01），同樣位于東北部（0～5°N、140°～175°E）漁區與西南部（0～5°S、125°～135°E）的 ln（CPUE＋1）值也存在顯著差異（P＜0.01）（表5）。

3 討論

自20世紀50年代開發鰹資源以來，其歷年產量幾乎呈現不斷上升的趨勢，在中西太平洋尤甚［12］。從本研究中也可以發現，中西太平洋鰹歷年產量穩步提升，而與此同時CPUE的波動卻很大，這可以說明，歷年來產量的增長主要是由于捕撈努力量的不斷增加造成的（包括漁具漁法更新，作業船只和作業天數的增加）。CPUE的大幅波動則主要是由于海洋棲息環境的變化造成的［13］。作為一種恒溫性魚類，周圍海域環境的變化會對鰹的生長、攝食等活動產生很大的影響，這也直接影響了其資源量的豐度［14］。目前針對鰹的圍網捕撈作業是全年性的，但是從本研究中也可以發現各月的捕撈情況大有不同。上半年（主要為1—5月）的產量明顯高于下半年，在第三季度（7—9月）的產量最低，第四季度（10—12月）處于中等水平，CPUE的變化與產量變化一致。造成月間產量不均的情況主要是由于在1—5月主要作業區域位于中西太平洋暖池的中心，該海域的溫度十分適宜鰹的生長，因此該海域鰹的資源豐度也較大，第一、二季度在此處的產量也相對較高；而下半年作業區域相對偏西，該海域相對遠離暖池中心，因此鰹資源豐度相對較低，產量也較低。

表5 中西太平洋鰹魚緯度間CPUE［ln（CPUE＋1）］多重比較差異結果Tab.5 Result of multiple comparison of latitudinal Katsuwonus pelamis CPUE［ln（CPUE＋1）］in the Western and Central Pacific

中西太平洋鰹的年間產量重心變化較大。1995、1996、2003年的產量重心明顯偏西，而2001、2002、2014年產量重心明顯偏東移動（圖3-A）。漁場重心聚類分析結果與上述分析一致，可以發現CPUE較高的年份（如1995、1996年）為一類，而CPUE較低的年份（如1997、2004年）為一類（圖4）。這種變化主要是由于厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）現象所造成的暖池移動引起的。沈建華等［15］認為，中西太平洋鰹漁獲量重心在厄爾尼諾年位置比較偏東偏南，在拉尼娜年位置比較偏西偏北，本文的研究與其較為一致。LEHODEY等［16］發現，鰹作業漁場會隨暖池邊緣29℃等溫線在經度方向變化。而此29℃等溫線東界會受ENSO現象影響［7］。相關學者已經研究了中西太平洋鰹漁場時空分布與ENSO的關系，并總結出如下規律［17-19］：當厄爾尼諾發生時，鰹CPUE經度重心隨暖池的東擴而東移，拉尼娜發生時則隨暖池向西收縮而西移。因此上述年份產量重心的變化也是由于環境變化所致。

月間的產量重心變化呈順時針移動，從南緯海域向西北，然后東移，最后回到南緯海域（圖3-B）。月間漁場重心聚類分析也發現，2—5月基本為一類，6—9月、10—12月分別為一類，月間變化具有連續性，且上、下半年變化明顯（圖5）。汪金濤等［20］在研究中西太平洋鰹的產量重心變化時發現，12月至次年4月的漁場重心在經度上比較集中，而其它月份比較分散，在緯度上則集中于5°S～4°N之間。本研究中的研究海域主要集中于鰹的高產海域，即5°S～5°N，125°～175°E之間，因此研究范圍更為細化，所發現的規律也更為細致。李克讓等［21］研究西太平洋暖池的基本特征發現，28～29℃等溫線隨月份變化自南向北發生轉變，從1月份的8°～10°S向北移動，到8—9月達到8°～10°N，隨后再次向南部移動，因此本研究中漁場重心的緯度移動與暖池等溫線移動方向是一致的。同時由于中西太平洋海域多為各太平洋島國的專屬經濟區，而大多數作業漁船來自國外，因此需要遵守對應國家的相關入漁規定，購買配額及作業時間受限制，因此許多作業漁船都會盡可能在有限的時間內使得收益最大化。西部海域的海洋環境較適宜鰹生長，資源量更為豐富，因此作業漁船會盡可能多的在該海域進行作業，而當作業時間將至時，漁船只能從西部專屬經濟區海域向東部公海海域轉移繼續作業，這也是造成月間漁場重心東西向移動的原因，同時也可以進一步解釋前述月間CPUE產量變化的原因。

由于不同的經緯度產量和CPUE的差別較大，因此本研究將研究海域劃分不同的漁區，結合時間的變化來研究鰹漁場時空變化規律。從研究結果可以發現，年度CPUE差異主要出現在1995、1997年和2004 3個年份中，1995年CPUE為歷年最高值，1997年和2004年CPUE分別為歷年最低值和次低值（圖3-A），而所主要對應存在差異的年份為2006—2010年（表3）。根據陳洋洋等［22］的定義，1995年為拉尼娜年，1997年為厄爾尼諾年，拉尼娜年產量相對較高，漁場重心偏西，厄爾尼諾年產量較低，漁場重心偏東［22］，因此這兩年在鰹產量和CPUE中與其它年份的差異很大，而2006—2010年的產量中心分布較為偏南，結合空間因素，也是這些年份CPUE差異較大的主要原因。從月間的CPUE差異情況來看，也可以發現與漁場重心變化的規律，即上半年（1—6月）與下半年（主要是第三季度7—9月）存在顯著差異（P＜0.01）（表4）。該差異也與上述CPUE月間變化和月間漁場重心變化一致。從空間變化的研究結果來看，經度間CPUE的差異要明顯大于緯度間CPUE的差異，且經度變化的界限主要在135°～145°E左右（表5）。影響中西太平洋鰹資源的暖池移動主要是東西向移動的，會隨著ENSO事件的發生而東擴或西移。根據李克讓［21］的研究，西太平洋暖池29℃等溫線的經度范圍在146°～160°E范圍內變化，根據29～30℃為鰹的主要棲息環境來看［23］，135°～145°E正是其棲息的主要場所，因此較多的捕撈努力量和產量也集中于這個區域，直接造成了東西海域CPUE差異的原因。

本文根據1995—2014年中西太平洋鰹圍網捕撈漁業生產數據，分析了產量和CPUE在各年各月的變化規律，同時分析了年度和月度產量重心變化并進行聚類分析，并劃分漁區，研究時間和空間因素對CPUE的影響，為后續合理開發該漁業和建立相關漁情預報模型提供了依據。本文中所使用的數據年份跨度較大，且主要關注高產漁區，與以往的類似研究區域有著較大的不同，進一步細化了研究范圍，能夠更加準確地研究中西太平洋鰹產量及CPUE的變化規律。后續研究中應獲取更加精確的產量數據（如1°×1°），并且結合相應的環境因子和氣候因子（如赤道指數），分析長時間序列鰹漁場的變化規律及其根本原因。