李子熙

摘 要：隨著全球海洋溫度的迅速上升，鯖魚(yú)和鯡魚(yú)的生活環(huán)境發(fā)生了變化，迫使它們向北遷移。這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)匦⌒蜐O業(yè)公司的未來(lái)發(fā)展。為了應(yīng)對(duì)這一潛在危機(jī)，我們建立了魚(yú)溫度空間遷移模型。為了預(yù)測(cè)兩種魚(yú)類(lèi)的遷移路線，我們使用逐步回歸預(yù)測(cè)方法來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)50年蘇格蘭的海水溫度變化。另外，我們使用克里格插值法在平面坐標(biāo)上建立了魚(yú)類(lèi)群和海洋溫度的三維模型，得到鯡魚(yú)遷移到62-70N，11.5-15W，鯖魚(yú)遷移到64-75N的范圍，以及未來(lái)50年魚(yú)類(lèi)向北方遷移的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：克里格插值法;逐步回歸分析;遷移路線

1.引言

隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，全球氣候變暖引起人們的深切關(guān)注。海洋與氣候變化有著密切的關(guān)系[1]。在過(guò)去的40年中，海洋表面溫度迅速上升，大約每10年增加0.11oC[2]。盡管海洋的變暖趨勢(shì)比陸地變慢，但分布由于海洋中的物理障礙較少，海洋中的海洋物種中的遷移速率比陸生物種高[3]。北大西洋也不例外，根據(jù)文獻(xiàn)記載在過(guò)去的40年中，北大西洋的海表溫度也發(fā)生了很大變化。鯡魚(yú)的最適溫度為4.6oC，鯖魚(yú)的最適溫度為7oC，這可能導(dǎo)致鯡魚(yú)和鯖魚(yú)的遷移，這在蘇格蘭的漁業(yè)收入中發(fā)揮著重要作用。由于許多蘇格蘭小型捕撈公司的船上都沒(méi)有冷藏設(shè)備，因此，一旦它們走得太遠(yuǎn)，便無(wú)法帶回新鮮魚(yú)，這意味著它們不再能夠繼續(xù)捕魚(yú)。

2.魚(yú)-溫度時(shí)間遷移模型

2.1 漁業(yè)區(qū)的2D提取

由于淺灘的遷移路徑存在于二維平面中，因此未來(lái)50年中淺灘的遷移位置逐年協(xié)調(diào)。本研究將圖像劃分為1000*10000個(gè)區(qū)域，并逐月逐年提取蘇格蘭漁業(yè)區(qū)的SST。生成一個(gè)25*25的矩陣，以在51至63N和4至16W的范圍內(nèi)均勻地表示該區(qū)域。由于全球氣溫每年在一個(gè)均勻的月份上升緩慢，為了使結(jié)果變化更加明顯，溫度被均勻地分成14個(gè)網(wǎng)格（-3.5℃～3.5℃）的溫度范圍內(nèi)的300個(gè)相等的部分來(lái)表示溫度。

經(jīng)過(guò)上述切割和數(shù)值采集后，從每個(gè)矩陣中均勻提取16個(gè)采樣點(diǎn)，以生成代表一年零一個(gè)月溫度的4*4矩陣?？紤]到30年零12個(gè)月數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，我們簡(jiǎn)化了模型?？紤]到鯡魚(yú)和鯖魚(yú)的生產(chǎn)主要在捕撈季節(jié)，英國(guó)的秋季捕撈季節(jié)是在10月至12月左右，并且連續(xù)相鄰月份的魚(yú)類(lèi)運(yùn)動(dòng)范圍可以忽略不計(jì)，我們?cè)谶^(guò)去30年中，對(duì)11月樣本點(diǎn)的一對(duì)一預(yù)測(cè)。

對(duì)于1990-2019日歷年11月的每個(gè)點(diǎn)都進(jìn)行了逐步回歸預(yù)測(cè)，因此我們依次使用生成的矩陣的NTH點(diǎn)來(lái)制作合成的1*16矩陣，以獲得下一個(gè)NTH年的區(qū)域分布溫度。

2.2 空間區(qū)域的溫度變化

淺灘的遷移隨空間溫度的變化而變化，鯡魚(yú)的適應(yīng)溫度范圍確定為：0-10℃，最佳溫度為4.6℃，鯡魚(yú)的適應(yīng)溫度范圍為：5-20℃，最佳溫度為7℃。因此，我們需要考慮控制特性在空間位置上的變化分布，并通過(guò)為整個(gè)海域溫度生成16個(gè)采樣點(diǎn)來(lái)估計(jì)要插值的點(diǎn)的特性。通過(guò)克里格插值，我們獲得了未來(lái)50年海洋表面每個(gè)點(diǎn)的溫度圖，并將它們呈現(xiàn)為三維圖。x和y坐標(biāo)分別表示經(jīng)度和緯度，z坐標(biāo)表示特定坐標(biāo)中的溫度。

2.3 魚(yú)的遷移途徑

考慮到淺灘的空間遷移范圍，當(dāng)有多個(gè)區(qū)域的溫度接近淺灘的最佳溫度時(shí)，淺灘的最可能遷移位置位于接近最佳溫度區(qū)域的中心。因此，我們?cè)谀硞€(gè)點(diǎn)對(duì)區(qū)域進(jìn)行了篩選，淺灘可以在最佳溫度范圍內(nèi)生存。計(jì)算選定點(diǎn)的經(jīng)度和緯度的平均值，以生成新的坐標(biāo)，作為在遷移過(guò)程中最可能出現(xiàn)的淺灘位置。

根據(jù)以上模型，我們可以確定每年適合鯡魚(yú)和鯖魚(yú)生活的溫度區(qū)域，確定淺灘的坐標(biāo)，然后將其描繪成圖表?？梢源_定未來(lái)50年每年鯡魚(yú)和鯖魚(yú)的位置，從而獲得未來(lái)50年淺灘的遷移路線圖。

分析遷徙路線可以得出，盡管兩種魚(yú)類(lèi)的生存溫度和最適度不同，但兩種魚(yú)類(lèi)的趨勢(shì)是向北遷徙。

3.結(jié)論

通過(guò)建立魚(yú)溫度空間遷移模型，采用漸進(jìn)回歸預(yù)測(cè)的方法獲得了未來(lái)50年的溫度數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)有限的情況下，建立的魚(yú)-溫度空間遷移模型可以較好地反映二維平面溫度變化趨勢(shì)的差異，最終的溫度預(yù)測(cè)結(jié)果呈緩慢上升趨勢(shì)，客觀存在而且沒(méi)有明顯的變化，而且魚(yú)的遷移路線通常向北移動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李均鵬，祝開(kāi)艷，楊澍. 基于遷移學(xué)習(xí)的復(fù)雜場(chǎng)景海洋魚(yú)類(lèi)識(shí)別方法[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2019，36（09）：168-174.

[2] 李榮輝. 魚(yú)類(lèi)棲息遷徒習(xí)性及其監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D]. 廣西大學(xué)，2013.

[3] 魏澤勛. 全球氣溫升高背景下的海平面變化數(shù)值模擬[C]. 中國(guó)海洋湖沼學(xué)會(huì)水文氣象分會(huì). 遼寧省氣象局、丹東市氣象局、中國(guó)海洋湖沼學(xué)會(huì)氣象分會(huì)、中國(guó)海洋湖沼學(xué)會(huì)潮汐海平面專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)海洋湖沼學(xué)會(huì)計(jì)算物理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、山東（暨青島市）海洋湖沼學(xué)會(huì)2011年聯(lián)合學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集. 中國(guó)海洋湖沼學(xué)會(huì)水文氣象分會(huì)：中國(guó)海洋湖沼學(xué)會(huì)，2011：5.