我国沿海渔业养殖设施空间分布与台风影响关联性研究_姜雨青.pdf
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1、第4 5卷 第1期2 0 2 3年 2月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n so fO c e a n o l o g ya n dL i m n o l o g yV o l.4 5 1F e b.,2 0 2 3我国沿海渔业养殖设施空间分布与台风影响关联性研究姜雨青1,张俊波1,2,3,4*,国志兴5,万 荣1,2(1.上海海洋大学 海洋科学学院,上海2 0 1 3 0 6;2.国家远洋渔业工程技术研究中心,上海2 0 1 3 0 6;3.水产科学国家级实验教学示范中心(上海海洋大学),上海2 0 1 3 0 6;4.大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实
2、验室,上海2 0 1 3 0 6;5.自然资源部海洋减灾中心,北京1 0 0 1 9 4)摘 要:分析2 0 1 52 0 1 8年我国沿海省份(除台湾省)台风分布特征及养殖设施分类布局,基于卡方检验、秩和检验与区域重心方法,对渔业养殖设施格局与台风的风速及频次进行相关性分析。结果显示:4a间,我国沿海地区台风登陆次数最多的省份为广东省、福建省和海南省,频次皆为5次以上。普通网箱分布与台风风速、频次呈线性相关,当台风等级达到8级(风速1 7.1m/s)时,其分布受台风影响程度加大。深水网箱分布仅受台风风速影响,对高速台风(风速2 4.4m/s)较为敏感。根据台风综合指标,筏式养殖分布受台风影响
3、最显著,当台风等级到达6级(风速1 0.8m/s)时,其受灾状态较为明显。筏式养殖适合分布在近岸风力低于6级的海域内;普通网箱可设置在内湾等8级风力以内的海域;深水网箱适合分布在开阔的远海区域。根据各省养殖设施分布现状,建议福建省和广东省减少筏式养殖面积,推进深海抗风浪网箱的使用;海南省和浙江省积极推广“复合型渔业”发展;北方沿海各省受台风灾害影响较小,在发挥筏式养殖品种优势下,可依托海洋牧场,积极打造休闲渔业。总体而言,我国养殖设施布局的合理性还有待进一步探讨,本研究结果对各省份养殖设施的后期布局规划具有科学的参考意义。关键词:养殖设施;台风;布局;相关关系;重心中图分类号:S 9 3 7
4、文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8 2(2 0 2 3)0 1-1 8 3-1 0D O I:1 0.1 3 9 8 4/j.c n k i.c n 3 7-1 1 4 1.2 0 2 3.0 1.0 2 4引 言自2 0世纪8 0年代起,尽管世界海洋渔业捕捞强度在不同程度受到限制,但持续衰退的渔业资源仍难以满足人类对海产品的需求1-2。在此背景下,水产养殖,特别是海水养殖,在世界各国得以快速发展,已成为沿海国家经济发展的重要战略性产业3。目前,常见的海水养殖设施主要包括筏式、普通网箱以及深水抗风浪网箱。筏式养殖作为传统的养殖方式,分布范围广阔,数量最多;随着网箱设计技术的发
5、展,网箱养殖数量亦不断增加,特别是深水抗风浪网箱,在沿海各国的使用越发广泛4-6。但由于养殖设施常置于近远海区域,设施渔业往往受到台风等海洋灾害性气候的严重威胁7-8。当前的养殖设施布局不能完全规避台风灾害,为了设施渔业的健康发展,阐明渔业养殖设施分类布局(本文中特指筏式养殖、普通网箱以及深水网箱在我国沿海地区的分布格局)与台风(本文特指发生在西北太平洋和南海地区,底层中心附近最大平均风力(风速)1 2级及以上的热带气旋,所指登陆台风强度(风速和频次)为台风登陆前海上离岸最近路径点的强度)之间的关系,对提高设施渔业应对台风风暴灾害的能力,实现海洋资源的最优配置具有重要意义。目前,关于台风对养殖
6、设施影响的研究多集中于水动力学以及养殖设施的结构安全性。不少学者采 基金项目:国家自然科学基金项目(N F S C 4 1 5 0 1 5 6 0);上海市青年东方学者项目(Q D 2 0 1 7 0 3 8);上海市教委立项高校青年教师培养资助计划(Z Z S HOU 1 8 0 2 5)第一作者简介:姜雨青(1 9 9 4),女,硕士研究生,研究方向为海洋设施渔业。E-m a i l:m 1 8 0 2 1 0 5 7 7s t.s h o u.e d u.c n*通信作者:张俊波(1 9 8 5),男,博士,副教授,研究方向为海洋生态系统工程。E-m a i l:z h a n g j
7、u n b o 1 9 8 5g m a i l.c o m 收稿日期:2 0 2 0-0 6-0 91 8 4 海 洋 湖 沼 通 报2023年用模型试验9、数值模型1 0等方法,通过评估各种网箱的系泊方式、断裂强度,选择出最适合的系泊系统;或是针对网箱的部分结构进行研究,例如浮管的失效寿命9、缆绳的失效概率1 1、网箱护栏的力学性能1 2等。这些研究不仅揭示了养殖设施的受力特点与受灾特性,同时侧面反映出台风对设施安全性可能造成的不利影响。并且,不合理的设施布局会加重对养殖设施的损害,给养殖业带来更为严重的经济损失。目前关于台风与养殖设施之间关系的研究尚不多见,养殖设施的分布是否受台风影响亟
8、需进一步探究。本研究基于卡方检验、秩和检验以及区域重心等方法,以我国沿海省份为例,分析台风分布格局及渔业设施分布特征,探讨普通网箱、深水网箱及筏式养殖布局与台风之间的关系,以期为制定海洋设施渔业发展策略,开展近远海设施渔业台风的风险评估和减灾防灾决策与预判等方面研究提供科学参考。1 数据与方法1.1 数据来源本研究所使用的台风数据源自自然资源部减灾中心、海洋信息中心(h t t p:/www.n m h m s.o r g.c n)以及我国台风气象网(h t t p:/t y p h o o n.n m c.c n/w e b.h t m l)。选取2 0 1 52 0 1 8年的台风资料,以
9、海岸线经度外延2 的区域作为研究范围,以最大平均风速与频次为主要指标,采用0.5 0.5 的经纬网格进行统计整理,制作台风数据集。渔业养殖设施数据来源于遥感卫星影像(G o o g l eE a r t h)(数据统计截至时间:2 0 1 7年1 1月1 3日),统计指标包括普通网箱占海面积、深水网箱(直径1 5 4 0m)个数、筏式养殖占海面积。根据温州市南麂岛养殖水域现场调研结果,对影像进行验证(图1),并采用人工观测法,提取我国9个沿海省份、自治区(辽宁省、山东省、河北省、浙江省、江苏省、福建省、广东省、海南省及广西壮族自治区(除台湾省)养殖设施数据。注:影像图比例尺为110 0 0图1
10、 遥感影像与实际养殖设施对照F i g.1 C o m p a r i s o nb e t w e e nr e m o t es e n s i n g i m a g ea n da c t u a l a q u a c u l t u r e f a c i l i t i e s1期我国沿海渔业养殖设施空间分布与台风影响关联性研究1 8 5 1.2 研究方法1.2.1 数据预处理及统计检验依据我国热带气旋等级1 3,台风与渔业养殖设施数据尺度,通过组距1 4分组,将台风风速、频次与养殖设施按等级划分,详见表1。表1 台风风速、频次与渔业养殖设施分级表T a b l e1 T y p
11、 h o o nw i n ds p e e d,f r e q u e n c ya n df i s h e r yf a c i l i t i e sc l a s s i f i c a t i o nt a b l e等级台风风 力/级风速/(m/s)频次/次养殖设施普通网箱/m2深水网箱/个筏式养殖/h m20000006(0,1 0.8(0,4(0,1 0 4)(0,1 2 4(0,1 0 3)6-7(1 0.8,1 7.1(4,81 0 4,1 0 5)(1 2 4,4 5 21 0 3,1 0 4)8-9(1 7.1,2 4.4(8,1 11 0 5,1 0 6)-1 0
12、4,1 0 5)1 0-1 1(2 4.4,3 2.6-1 0 6,1 0 7)-1 0 5,1 0 6)注:本研究中统计的深水网箱直径范围为1 54 0m。“(”表示不包含在内,“”表示包含在内,例如:(0,1 0.8 表示该等级台风风速不包含0m/s,包含1 0.8m/s;“-”表示无。为判断有无台风以及不同台风风速、频次和养殖设施分布之间是否存在统计学差异,将台风数据和养殖设施数据按等级分类整理成计数资料,进行卡方检验和秩和检验1 4-1 5,并运用S p s s 2 2.0软件求得G a mm a等级相关系数,通过线性趋势检验分析二者之间的相关性。当显著性研究水平P 0,k=1/l n
13、(n),0 ej 1。c.计算权重(Wj):指标值Yi j差异程度越大,表明指标的熵值越小,对评价结果作用越大。第j项指标的差异系数为dj=1-ej。Wj=djmj=1dj(3)d.计算台风指数(Qi):Qi=mj=1WjYi j(4)(2)区域重心。区域重心主要是总体上研究属性的分布和变化情况,其计算方法1 7如下:1 8 6 海 洋 湖 沼 通 报2023年X-=XiWiWi,Y-=YiWiWi(5)式中,X-、Y-分别表示某种属性重心坐标的经度和纬度;(Xi,Yi)为第i个次级区域的坐标;Wi表示第i个次级区域相关属性的量值(如台风指数Qi、各类渔业养殖设施)。2 结果与分析2.1 台风
14、信息统计2 0 1 52 0 1 8年,西北太平洋形成台风共计1 0 8个,登陆我国沿海的台风共计3 3个,占西北太平洋台风总个数的3 0.6%,对我国沿海省份(除台湾省,全文同)共产生4 4次影响。2.1.1 台风频次我国沿海台风频次的统计结果显示(图2 a):2 0 1 52 0 1 8年,沿海登陆的台风主要集中在福建、广东和海南3个省份,该些省份共被影响3 0次。其中,登陆与影响次数最多的为广东省,共1 4次,其次为海南省8次、福建省8次。因受台风半径的影响,海南省东北部、广东省与浙江省交界处,台风频次高达1 0次以上。受台风影响最弱的省份为江苏省,仅为1次。浙江省因受福建省登陆的台风影
15、响,其南部台风频次介于58次。4a内,山东省、河北省和辽宁省未有台风登陆,台风频次为0次。2.1.2 台风风速以浙江省为分界线,以北地区的台风风速明显小于以南地区的风速(图2 b)。广东省南部、福建省中部、浙江省北部是台风风速最大的区域,超过2 5m/s。虽然浙江省登陆的台风次数仅为4次,但其沿海地区4a的最大平均风速已超过2 0m/s。而河北省和辽宁省因无台风登陆,台风风速为0。图2 2 0 1 52 0 1 8年台风频次(a)和风速(b)分布图F i g.2 D i s t r i b u t i o no f t y p h o o nf r e q u e n c y(a)a n dw
16、 i n ds p e e d(b)i n2 0 1 52 0 1 82.2 养殖设施空间分布特征2.2.1 普通网箱我国沿海省份普通网箱数量分布呈南多北少态势(图3)。南方占全国普通网箱养殖面积的9 0%左右,福建和广东两省面积最广;北方主要集中在山东省和辽宁省。福建省是我国普通网箱养殖面积最多1期我国沿海渔业养殖设施空间分布与台风影响关联性研究1 8 7 的省份,占海面积约44 8 2万m2,占全国普通网箱养殖面积的7 7%;其次为广东省,占海面积约7 0 3万m2,占全国普通网箱面积的1 2%;山东省和辽宁省普通网箱面积总和仅约为3 0 7万m2。近9成的普通网箱集中在福建和广东两省。福
17、建省的普通网箱主要分布于5个沿海地级市,占海面积从多到少依次为宁德、漳州、福州、莆田、泉州;广东省主要分布于潮州市和珠海市,而辽宁省的普通网箱则全部位于大连市内。图3 我国沿海养殖设施分布图F i g.3 D i s t r i b u t i o no f c o a s t a l a q u a c u l t u r e f a c i l i t i e s i nC h i n a1 8 8 海 洋 湖 沼 通 报2023年2.2.2 深水网箱深水网箱在我国沿海呈现不均匀分布(图3)。北方深水网箱养殖主要集中在山东省,南方主要集中在浙江、海南和广西三省。其中,海南省是我国深水网箱数
18、量最多的省份,共计5 4 8个,占全国总数的3 3%;浙江省深水网箱数量仅次于海南省,占全国总数的3 2%;而山东省仅占全国总数的3.7%。可见,我国近7 0%的深水网箱集中在浙江和海南两省。在全国地级市、县中,海南省的临高县、澄迈县以及陵水黎族自治县深水网箱数量最多,其次是浙江的宁波、温州、舟山以及台州。山东省的深水网箱集中分布于烟台和青岛。2.2.3 筏式养殖与网箱设施相比,筏式养殖设施在全国沿海省份分布较为均匀。北方筏式养殖主要集中在山东省和江苏省,南方主要集中在福建省。其中,筏式养殖面积最多的省份是山东省,共7.1 5万h m2,占全国总量的2 8%;福建省次之,共5.7 9万h m2
19、,占全国总量的2 3%。筏式养殖在离岛、入海口湾以及近岸开阔水域中皆有分布。但因各个省份养殖产品不同,分布的海域地形略有差异。山东省、辽宁省的筏式养殖在各个区域皆有分布,福建省则主要位于近岸浅水区域,以宁德市和福州市最为广泛,而海南省是养殖面积最少的省份,仅在入海口湾内有分布。表2 列联卡方检验表T a b l e2 C o n t i n g e n c yc h i-s q u a r e t e s t t a b l e养殖设施(n=2 1 8)显著性差异分析(卡方检验)P e a r s o n卡方值P值深水网箱4.2 5 30.0 3 9普通网箱1 2.8 8 30筏式养殖9.7
20、2 40.0 0 2 注:n表示样本数。2.3 台风与养殖设施空间分布相关性依据卡方检验结果(表2)可知,台风会影响养殖设施的分布。深水网箱、普通网箱、筏 式 养 殖 与 风 速 的G a mm a值在0.20.5(P0.3(P0.0 1),与频次 的 相 关 性 很 大,且 呈 线 性 相 关(P e a r s o n值 为0.3 0 3),筏式养殖的G a mm a系数0.3,与频次的相关性较弱。而深水网箱显著性检验未通过,说明其分布与台风频次无相关性。表3 台风与养殖设施相关性分析表T a b l e3 C o r r e l a t i o na n a l y s i so f t
21、 y p h o o na n da q u a c u l t u r e f a c i l i t i e s养殖设施台风检验类别显著性差异分析秩和检验(J-T)等级相关性分析G a mm a系数线性趋势检验分析P e a r s o n值深水网箱风速2.2 0 4*0.3 2 5*0.1 4 5*频次1.7 8 80.2 7 9*0.1 1 3普通网箱风速4.3 5 9*0.3 9 7*0.2 7 3*频次4.7 8 3*0.4 4 6*0.3 0 3*筏式养殖风速2.5 1 0*0.2 5 2*0.1 0 1频次2.4 6 5*0.2 6 0*0.0 8 7 注:*表示显著性差异P=
22、0.0 5;*表示显著性差异P=0.0 1。2.4 我国沿海南部台风重心与养殖设施重心关联度台风重心与养殖设施重心间的距离可以从整体上把握台风与养殖设施的空间关系。养殖设施重心与台风重心距离越大,说明受台风影响越大。选取台风频次较多、风速较大的地区,以浙江省以南为代表区域进行研究分析,根据公式得到台风重心坐标与养殖设施重心坐标,通过A r c G I S1 0.2邻近分析法求得养殖设施重心与台风重心的距离(图4)。图4表明,除了广西壮族自治区,其余区域台风重心距筏式养殖和普通网箱重心的距离均较远。其中台风越多的区域,筏式养殖分布相对较少,两者关系为明显的负相关。在海南省、广西壮族自治区以及浙江
23、省区域内,与其余两种养殖设施相比,深水网箱重心与台风1期我国沿海渔业养殖设施空间分布与台风影响关联性研究1 8 9 重心距离较近。图4 台风重心与养殖设施重心F i g.4 C e n t e ro fg r a v i t yo f t y p h o o na n da q u a c u l t u r e f a c i l i t i e s通过比较各地区3种养殖设施重心与台风的距离,可知相比于海南省、广西壮族自治区、福建省以及浙江省4个区域,广东省养殖设施布局整体受台风影响较大(图4)。海南省、广西壮族自治区的筏式养殖重心与普通网箱重心分布相近,且各自距台风重心的距离相差不大。浙江
24、省的深水网箱距离是5个省份中最小的,与本省的其余两种养殖设施距台风的距离差距较大。而在广东省内,相比于筏式养殖和普通网箱,深水网箱与台风的距离较远。3 讨论3.1 台风对不同养殖设施的影响本研究中,检验结果表明各类养殖设施对台风的响应程度不同。整体上看,较之于筏式养殖和普通网箱,深水网箱分布受台风的影响相对较弱。分析认为,筏式养殖为近海养殖,装置以浮子和绳索组成的浮筏为主,安全性低,抗风浪能力弱1 8。养殖产品常以悬挂的方式置于筏架,稳定性差。当台风过境时,联排的放置方式易使绳索交缠,养殖产品大面积受灾。因此,台风的分布对筏式养殖影响显著。普通网箱相比于筏式养殖,具有固定的框架结构,稳定性加强
25、,但构架以木质材料为主,抗风浪能力有限。而深水网箱常设在较深海域,具有一定的抵御风浪和水流的能力1 9,且设施化程度比较高。特别是随着HD P E重力式网箱水动力及安全技术研究的深入,深水网箱应对台风等海洋灾害气候的能力不断提高2 0。由此可知,在考虑台风因素下,深水网箱相比其余两种养殖设施,分布具有更多的选择。2 0 1 1年6月2 6日台风风暴潮“米雷”登陆我国沿海,登陆时中心最大风速1 0级,引起浪高3.1m,使得当地筏式养殖设施倾覆,普通网箱全部被损毁,但深水网箱仅1只被完全翻转,其余基本主框架整体良好8,印证了本研究的结果。卡方检验与秩和检验结果表明,普通网箱分布受台风的影响大于筏式
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