熱帶氣旋對嵊泗貽貝養殖面積和產量的影響

吳祖立, 黃良敏, 王斐, 張勝茂, 章守宇

(1.上海海洋大學海洋生態與環境學院, 上海 201306; 2.中國水產科學研究院東海水產研究所, 上海 200090；3.集美大學, 福建省海洋漁業資源與生態環境重點實驗室, 福建 廈門 361021)

貽貝是一種世界性養殖貝類，在我國山東、廣東、福建、浙江等省有較大的養殖規模[1]。浙江貽貝養殖品種為紫貽貝(Mytilusedulis)和厚殼貽貝(Mytiluscoruscus)，采用筏式吊養的養殖方法[2-3]。浙江貽貝養殖區主要在舟山市嵊泗縣馬鞍列島海域，位于杭州灣以東、長江口東南，該海域水質肥沃、溫度適中、餌料豐富，為貽貝提供了優良的生長環境[4]。嵊泗貽貝歷史養殖面積最高達1 645 hm2，2017年養殖面積為1 469 hm2，產量約14.79萬t，產值達4.43億元[5]。

浙江省地處我國東南沿海，屬典型的亞熱帶季風氣候，受太平洋副熱帶高壓控制，夏秋季常受熱帶氣旋侵襲，年均3.3個熱帶氣旋影響浙江[6]。熱帶氣旋過境前后，其造成的大風大浪常使沿海受災區養殖設施損毀，如牡蠣、海帶浮筏養殖和網箱養殖等[7-8]。嵊泗貽貝體質量增長最快的階段在7—8月，8月下旬至9月中旬則為貽貝收割階段[9-10]。同時，7—9月也是浙江受熱帶氣旋影響最多的時期[11]，養殖密度如此高的嵊泗貽貝一旦受到熱帶氣旋災害，養殖浮筏設施將受到災難性損毀，造成巨大損失。

為了更好地分析熱帶氣旋對嵊泗貽貝養殖的影響，本研究利用中國氣象局2000—2018年西北太平洋熱帶氣旋移動路徑資料和嵊山海洋氣象站等監測數據，結合2000—2018年西北太平洋熱帶氣旋的數量、移動路徑和累積指數能量特征，與2011年第9號超強臺風“梅花”(Muifa)影響前后所記錄的養殖區和環境要素的衛星遙感影像和數據，分析了熱帶氣旋對嵊泗貽貝養殖海洋環境場、養殖區位及面積的變化影響，旨在能更好地滿足嵊泗貽貝養殖環境監測工作的需要，為嵊泗貽貝養殖區位合理分布等提供科學依據和建議。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本研究區域位于浙江省舟山市嵊泗縣東北部的馬鞍列島海域，該列島包括綠華島、花鳥島、壁下山島、枸杞島和嵊山島等島嶼(圖1)。馬鞍列島地處長江現代水下三角洲前緣斜坡區，東庫山島、求子山島、柱住山島、張其山島和壁下山島間及列島兩側多為水深大于30 m的潮流深槽[4]，列島中大部區域水深15—30 m，底質以沙、泥底質類型為主[12]。貽貝養殖區主要分布在枸杞島的北部、西南部和東南部海域，少部分養殖區分布在嵊山島的西南部、綠華島南部和壁下山島西南部沿岸海域。

圖1 2010年浙江省嵊泗縣馬鞍列島貽貝養殖分布Fig.1 Distribution of mussel culture in Ma’an archipelago, Shengsi country, Zhejiang province in 2010

1.2 數據來源

1.2.1熱帶氣旋數據 本文采用的熱帶氣旋數據為中國氣象局提供的2000—2018年西北太平洋熱帶氣旋移動路徑資料[13]，其中包括2011年第9號超強臺風“梅花”(Muifa)。資料包含熱帶氣旋的記錄時間、經緯度、近中心最大風速、中心最低氣壓，資料中記錄的時間間隔為6 h。將熱帶氣旋移動路徑資料導入Microsoft Access 2010軟件構建數據庫，選取統計熱帶氣旋的發生時間、移動路徑經緯度、中心最大風速、氣壓數據。

累積氣旋能量( accumulated cyclone energy，ACE )指數(IACE)，達到熱帶風暴或以上等級的熱帶氣旋，當其為熱帶風暴狀態時，每 6 h一次觀測最大風速的平方的累積之和，其計算公式[14]如下。

式中，IACE表示累積氣旋能量指數，m2·s-2；j= 1，…，m，表示熱帶氣旋的個數；i= 1，…，n，表示一個熱帶氣旋中其中心最大風速≥17.2 m·s-1的觀測個數；vi表示最大風速。

1.2.2貽貝養殖統計數據 嵊泗貽貝養殖面積和產量數據來源于舟山市統計局發布的2002—2018年舟山市統計年鑒[5](http://zstj.zhoushan.gov.cn)資料，“梅花”災后貽貝定損數據來源于《2011年嵊泗縣國民經濟和社會發展統計公報》(http://www.shengsi.gov.cn)和《2011年浙江省海洋災害公報》(http://www.zjhy.net.cn/hygbneww/16454.jhtml)。

1.2.3遙感影像數據 利用GoogleEarth軟件，獲得馬鞍列島海域2010年7月10日的邊界數據，經Bigemap軟件下載18級影像圖，分辨率為0.5 m，用于“梅花”影響前后貽貝養殖區本底對照數據的提取。由于衛星過境時間和大氣條件限制，本研究選取美國地質調查局官網提供的Landsat 5 TM Level-1影像提取“梅花”影響前馬鞍列島貽貝養殖場的遙感影像，影像數據時間為2011年5月29日，分辨率為30 m。“梅花”影響后馬鞍列島的遙感影像來源于DigitalGlobe提供的WorldView-2影像(ID: 103001000DB57000)，影像時間為2011年9月12日，分辨率為2 m。2013、2016和2018年馬鞍列島貽貝養殖場的遙感影像和馬鞍列島海域的電子海圖，由Bigemap軟件下載。所有影像數據在Arcgis 10.6軟件中解析勾畫貽貝養殖區面積[15]。

1.2.4海氣實測數據 海上實測數據為國家海洋數據信息服務中心(http://www.odinwestpac.org.cn)發布的嵊山浮標觀測站(30.8°N，122.8°E)和大陳浮標觀測站(28.5°N，121.9°E)監測數據，包括日期、風向(°)、風速(m·s-1)、海水溫度(℃)、氣壓(hPa)、波高(m)等。數據時間跨度為2010年1月1日—2018年12月31日，數據記錄時間尺度為1 h。

1.2.5海況遙感數據 海流資料來自HYCOM模式同化的表層海流和表層海溫產品(https://www.hycom.org)，資料水平分辨率為0.08°，時間分辨率為3 h。海表有效波高和海表風場數據來源于哥白尼海洋環境監測服務系統(Copernicus Marine Environment Monitoring Service，CMEMS)提供的全球海表有效波高模式數據和海表風場觀測4級產品數據(http://marine.copernicus.eu)。有效波高數據水平分辨率為1°，時間分辨率為3 h，包括經緯度、日期、有效波高(m)等。風場數據水平分辨率為0.25°，時間分辨率為6 h，包括經緯度、日期、海表風速(m·s-1)和風向(°)等。海流、有效波高和風場數據時間跨度為2011年7月1日—2011年8月31日，在Arcgis 10.6軟件提取與網格化處理[16]。

1.3 數據統計

采用Kolmogorov-Smirnov檢驗數據齊性[17]，對嵊山氣象站與臺風近中心距離和嵊山氣象站監測的最大風速關系采用皮爾遜相關性檢驗[18]，統計檢驗均通過SPSS 22.0軟件完成。

2 結果與分析

2.1 嵊泗貽貝養殖發展概況

2.1.1養殖面積和產量變動趨勢 圖2數據顯示，2002—2010年期間，嵊泗貽貝養殖面積和產量逐年增加，養殖面積年均增長率為14.20%，產量年均增長率為10.36%，2010年養殖面積達最大,約為1 614 hm2，同年產量7.88 萬t。2011年養殖面積和產量出現急劇下降，較2010年的養殖面積和產量分別減少39.03%和39.61%。2012—2018年期間，養殖面積和產量逐步回升，養殖面積和產量的年均增長率分別為6.68%和15.07%，其中2016—2017年間在養殖面積增長率僅為4.16%的情況下，其產量增長率高達24.69%，單位面積產量為100.66 t·hm-2。

圖2 2002—2018年浙江嵊泗縣貽貝養殖面積和產量Fig.2 Culture area and yield of mussel in Shengsi country, Zhejiang province from 2002 to 2018

2.1.2養殖面積劇變分析 圖1顯示了2010年7月嵊泗貽貝養殖區分布和面積，其中主要的養殖區域分布在枸杞島北面的后頭灣和干斜海域。圖3中顯示了2011年5月(“梅花”前)嵊泗貽貝養殖區分布和面積情況，與圖1中所圈養殖面積大小接近，表明2011年嵊泗貽貝養殖生產與2010年大體一致，不存在大面積人為停產休產情況。2011年9月(“梅花”后)嵊泗貽貝養殖面積較5月明顯減小，特別是枸杞島北面的后頭灣和干斜養殖區。后頭灣和干斜養殖區面積呈現向岸靠攏且壓縮變化，并且在養殖區離岸外圍呈現眾多養殖浮筏散落分布。2011年9月影像中枸杞島東南面的育苗場養殖區面積較5月也存在壓縮變形狀況，而枸杞島南面的里西養殖區和嵊山島西南面的嵊山養殖區面積變化不大。壁下山島臨近海域養殖區則因云層覆蓋而無法判別養殖區面積的變化情況。

圖3 “梅花”影響前后嵊泗貽貝養殖區面積變化Fig.3 Variation of mussel culture area in Shengsi before and after Muifa influence

2.2 歷史環境場變動特征

2.2.1“梅花”對環境場擾動 由嵊山浮標監測的2011年期間研究海域的最低氣壓和最大風速分布如圖4所示，其中最低氣壓和最大風速在8月初出現顯著峰值。經比對，該期間超強臺風“梅花”于8月3日進入我國臺風48 h警戒線，8月5日進入24 h緊急警戒線，“梅花”中心與嵊泗貽貝養殖場距離最小的的日期為8月6—7日(圖5)。嵊山浮標8月初監測的最低氣壓和最大風速峰值與“梅花”活動時間吻合，8月7日嵊山浮標監測的最低氣壓為974.6 hPa，最大風速為32 m·s-1，風力達11級風水平，風向為東北—東向。選取8月3—9日“梅花”活動期間的嵊山浮標最低氣壓和最大風速，結合同期 “梅花”近中心與嵊山浮標的距離進行相關分析，結果顯示嵊山浮標監測的最低氣壓隨“梅花”與浮標距離的減小而降低，呈顯著正相關性(r=0.933，P=0.002)，而最大風速隨“梅花”與浮標距離的減小而增大，呈顯著的負相關性(r=-0.817，P=0.025)。

圖4 2011年嵊山浮標監測最低氣壓和最大風速分布Fig.4 Minimum air pressure and maximum wind speed recorded by Shengshan buoy in 2011

圖5 2011年“梅花”路徑和強度分布Fig.5 Path and intensity of tropical cyclone Muifa in 2011

由于嵊山浮標站的實測有效波高數據缺失，本研究選取臨近海域的大陳浮標站實測有效波高數據和遙感數據反映“梅花”活動對浙江沿岸風浪的影響程度。圖6中大陳浮標站于2011年8月5—6日實測最大有效波高為4.5～5.5 m，是“梅花”影響前后實測最大有效波高的3.67倍。

圖6 2011年“梅花”期間大陳浮標站實測最大波高Fig.6 Maximum measured wave height of Dachen buoy during tropical cyclone Muifa in 2011

圖7中顯示，“梅花”影響前10 d和影響后10 d的馬鞍列島海域風速風向與“梅花”影響馬鞍列島海域當天的風速風向存在顯著差異。“梅花”影響前的7月25日，馬鞍列島海域的有效波高為0.5 m；“梅花”影響時的8月7日，馬鞍列島海域的有效波高為4.2 m；“梅花”影響后的8月12日，馬鞍列島海域的有效波高減小為1.0 m，表明馬鞍列島海域受“梅花”影響，沿岸出現較大的臺風浪過程?！懊坊ā庇绊憰r馬鞍列島海域的海表流流向和流速與“梅花”影響前后時期的比較，存在劇烈的變化。受臺灣暖流影響，馬鞍列島海域的海表流流向自南向北，流速均較??；而“梅花”影響時，馬鞍列島海域的海表流流向自東北向西南，流速達1.7 m·s-1。綜上所述，受“梅花”途經馬鞍列島貽貝養殖區東部外海海域，導致養殖區內環境場驟變，出現東北東向11級大風，同時產生較大的臺風浪，海表流場流向轉變且流速大。

2.2.2熱帶氣旋特征 由2000—2018年的熱帶氣旋移動路徑資料分析所得，19年間共有38個熱帶氣旋進入影響海域范圍(圖8A)。年均熱帶氣旋數約有2個，其中2002、2009—2010和2014—2016年間熱帶氣旋活動數量少(圖8B)。熱帶氣旋活動主要集中在7—9月，占總數的84.21%，其中8月累計熱帶氣旋數量最多，共計15個，占總數的39.47%(圖8C)。

A：進入影響海域的熱帶氣旋路強度與路徑分布圖；B：熱帶氣旋活動數量年分布圖；C：熱帶氣旋活動數量月分布圖；D：研究區域熱帶氣旋強度與路徑分布放大圖；E：研究區域熱帶氣旋ACE分布圖。紅色箭頭為類型Ⅰ熱帶氣旋移動路徑；綠色箭頭為類型Ⅱ熱帶氣旋移動路徑。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.圖8 2000—2018年影響研究區域熱帶氣旋強度與路徑、數量統計和累積氣旋能量指數Fig.8 Intensity and path, quantity statistics and IACE of tropical cyclones affected study area during 2000 and 2018

按熱帶氣旋移動路徑可將38個熱帶氣旋分為2類型(圖8D),類型Ⅰ：熱帶氣旋特征是熱帶氣旋中心直接在浙江登陸后以西北向進入內陸，19年來共有9個類型Ⅰ熱帶氣旋，占總數的23.68%。該類型熱帶氣旋登陸前強度等級大部分為強臺風級，主要在馬鞍列島以南200 km半徑外登陸。類型Ⅱ：熱帶氣旋特征是熱帶氣旋緊靠福建、浙江沿?；虻顷懞蟊鄙限D向進入黃、渤海海域，該類熱帶氣旋共有29個，占總數的76.32%。該類型熱帶氣旋分兩組，其中一組途徑馬鞍列島西北面的熱帶氣旋以熱帶風暴或熱帶低壓強度為主，另一組途徑馬鞍列島東南面的熱帶氣旋以臺風強度為主。

圖8E中IACE值分布顯示，距馬鞍列島200—350 km的南部海域歷史熱帶氣旋活躍度高且絕對能量大，該區域主要是Ⅰ類型熱帶氣旋移動路徑區域，IACE值最大為5.6×103m2·s-2。而馬鞍列島西北面和東南面海域的類型Ⅱ熱帶氣旋活躍程度和絕對能量較Ⅰ類的小，100 km半徑海域內的IACE值介于600 ～1.6×103m2·s-2，但以東南面海域的IACE值較大。

2.2.3風場特征 2010—2018年間馬鞍列島海域最大風速和風向的逐月分布見圖9，該海域全年南東南-東東南向的大風稀少，可將研究海域最大風速風向的變化劃分為3個時期。第一時期是9月至翌年4月，風向主要為西北—東北向，該時期該風向的平均最大風速為(11.66±3.90) m·s-1；而其次風向為南西南—南向，平均最大風速為(7.47±2.35) m·s-1。第二時期是5—6月，該時期風向為南北向輪轉，除南東南—東東南向外，各風向較均勻，且平均最大風速較小，為(7.22±3.00) m·s-1。第三時期是7—8月，7月風向以北東北—東東北向和南—西西南向為主，其中北東北向的風速較大，平均風速為(13.27±4.52) m·s-1；8月的特征是風向以西西北—北東北向為主，且風速較大，多次記錄最大風速介于20～32 m·s-1，達9～11級風水平。

圖9 2010—2018年馬鞍列島各月最大風速和風向分布Fig.9 Monthly maximum wind speed and wind direction in Ma’an archipelago during 2010 and 2018

2.3 養殖區位變化

自2011年后，馬鞍列島貽貝養殖面積的擴增有三個時期平緩期(圖2)，分別是2013—2014年、2015—2016年和2017—2018年，本研究分別對2013、2016和2018年的養殖區位變化進行分析，結果見圖10。3年的養殖區位與2010年的相比，主體區位仍集中在原本的4個養殖區，但各年間有變化。綠華島的養殖區由2013年的范圍逐漸向南部擴張至2016年的范圍，2016年后則保持不變。壁下山島養殖區位隨時間變化最大，2013年的養殖區位僅分布在壁下山島的海灣內，2016年開辟多處小面積的養殖區，2018年養殖區向西南部海域擴張，面積逐漸增加。枸杞島養殖區是馬鞍列島貽貝養殖的最主要產區，其北面的后頭灣養殖區已飽和，僅干斜養殖區向西北面逐步擴張；西南面的里西養殖區在2018有向西南部海域外擴的變化；東南面育苗場養殖區的變化最劇烈，2013年的養殖面積極不規則，處于“梅花”后逐漸恢復生產階段，2016年則向沿岸收縮，直至2018年該養殖區的面積才達到2010年面積范圍。嵊山島養殖區則保持著非常穩定的狀態，僅2016年后在嵊山島養殖區的東南面臨近海域開辟一個小面積的養殖區。

圖10 2013、2016、2018年間馬鞍列島貽貝養殖區面積變化和潛在養殖區分布Fig.10 Variation of mussel culture area in Ma’an archipelago in 2013, 2016, 2018 and its potential culture area

3 討論

3.1 環境場變動對貽貝養殖影響分析

《2011年嵊泗縣國民經濟和社會發展統計公報》記載，全年貽貝養殖面積1 666.67 hm2，比上年增長1.2%，但受臺風“梅花”影響，貽貝養殖損失嚴重，年末貽貝養殖產量 4.76萬t，貽貝養殖產值0.95億元，分別比上年減少39.6%和24.7%[19]。本研究中2011年9月的遙感影像顯示，位于枸杞島北面的后頭灣和干斜養殖區貽貝養殖區呈現向岸靠攏且壓縮變化，且在養殖區離岸外圍呈現眾多養殖浮筏散落分布的狀態，這主要受“梅花”影響導致的馬鞍列島海域出現最大風力達11級的東北風，同時海表流流向與風向一致且流速大，使得枸杞島北面養殖筏架向岸擠壓變形。而與風向海表流向相反的枸杞島南面的里西養殖區和嵊山島西南面的嵊山養殖區則受地形遮蔽，養殖區面積和形狀變化不大。

貽貝養殖是憑借其足絲營固著生活的特性進行浮筏吊養[9]，足絲的附著強度與其棲息環境有關[20]，超過足絲耐受限度的風浪作用下，足絲斷裂導致貽貝脫離吊繩死亡[21]，因此熱帶氣旋對貽貝養殖的災害還包括貽貝個體受臺風浪作用脫離吊繩減產。由于本研究僅從遙感影像觀測貽貝養殖面積，缺乏對養殖水面下貽貝產量的分析，無法反映災后貽貝產量的實際損失量。因此，在熱帶氣旋災后對貽貝等浮筏養殖產業評估受損程度時仍需對受災現場養殖對象進行抽樣調查生物量變化。

3.2 歷史熱帶氣旋和風場分析

嵊泗貽貝體質量增長最快的階段是在7—8月，8月下旬至9月中旬則為貽貝的收割階段[10]，同時7—9月也是馬鞍列島受熱帶氣旋影響最多的時期，期間熱帶氣旋數占全年影響研究海域熱帶氣旋總數的84.21%，特別是Ⅰ類型熱帶氣旋的路徑分布雖在距馬鞍列島200—350 km的南部海域，但其氣旋強度大且IACE值高，該移動類型的典型個例為2004年14號臺風“云娜”(Rananim)[22]、2005年9號臺風“麥莎”(Matsa)[23]和2012年11號強臺風“?？?Haikui)[16]等，這些熱帶氣旋均發生在8月期間，對浙江東北部海域均造成一定的影響。

2010—2018年間馬鞍列島海域7—8月的最大風速和風向分布不同于其余月份，特別是在8月中多次記錄的風向和風速以西西北-北東北向的9～11級大風為主，引起該月出現大風過程的主因為熱帶氣旋的活動，如此時降為臺風至強熱帶風暴級別的2011年9號超強臺風“梅花”[24]和2015年9號超強臺風“燦鴻”(Chanhom)[25]等，這些都屬于類型Ⅱ中途經馬鞍列島東南面的以臺風強度為主的熱帶氣旋。雖然該類型熱帶氣旋的IACE值較低，但其氣旋中心距離研究海域近。當貽貝育成期遇上該類熱帶氣旋影響產生的風暴潮，則會導致嵊泗貽貝損失慘重[26]。

3.3 養殖區位規劃

枸杞島東南面育苗場養殖區的養殖面積與其他區域的養殖區相比，在2013—2018年間出現劇烈變化，這與該養殖區所處的地理位置有關。馬鞍列島中的綠華島、花鳥山島、壁下山島、枸杞島和嵊山島地理分布呈西北—東北—東南向弧形排列，天然構筑了一個避東北—東南風的列島港灣。本研究中2010—2018年間馬鞍列島海域的風向也以東東南—東南—南東南向的風力分布最少，反映出綠華島、花鳥山島、壁下山島、枸杞島和嵊山島地理分布起到優良的避風屏障作用，枸杞島東南面育苗場養殖區位于列島避風屏障外圍，因此受風浪影響較其他養殖區的大。

曾旭等[12]研究馬鞍列島海域底質類型和水深等的分布狀況，探明各島嶼的西南面離岸海域為沙泥底質、水深為15～20 m。結合電子海圖的水深數據和航道功能區劃，枸杞島西北面干斜養殖區的外圍已處于30 m等深線，受水深限制，該養殖區已無法向西擴張，枸杞島養殖面積已處于飽和狀態。受航道與錨地的限制，綠華島南面養殖區不能大范圍向南擴張，壁下山島和嵊山島西南面養殖區仍有向外擴張的潛力。因此，馬鞍列島的貽貝養殖選址在現有的基礎上仍可適當開發綠華島南面、壁下山島和嵊山島西南面海域的貽貝養殖，而花鳥島、東庫山島、求子山島、柱住山島和三橫山島弧島鏈西面海域的底質和水深均適合貽貝養殖，可嘗試開辟新的養殖區。