Application of a continuous Fox-form production model in fishery stock assessment
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摘要:
剩余产量模型因为具有形式简单和所需数据少的特点，在渔业资源评估中被广泛应用。文章应用连续形Fox产量模型对3种模拟渔业以及北大西洋剑鱼渔业进行了评估，并对模拟渔业的评估结果进行了比较，以发现连续Fox产量模型比较适宜的渔业条件。蒙特卡罗(Monte Carlo)分析表明，模型在产量和捕捞努力量随时间波动的波动性渔业中评估效果最好，可能是由于该类型渔业过程比较完整，数据中包含的信息比较丰富。比较不同的白色噪音水平，当白色噪音小于10%时评估结果偏差较小，小于3.3%；当白色噪音为50%时，评估结果偏差较大, 最大偏差为36.7%。
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关键词:
- 渔业资源评估 /
- Fox产量模型 /
- 蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟
Abstract:Because of their simple form and relatively undemanding of data, surplus production models were widely used in fishery stock assessment. This paper used a continuous Fox-form production model to analyze 3 simulated fisheries and the North Atlantic swordfish fishery. The results of the simulated fisheries were compared to determine what fishery data condition is most suitable for the continuous Fox-form production model. Monte Carlo simulation analysis showed that the model performance for fishery 3 was better than those for the other two simulated fisheries. This may be because the exploitation process of fishery 3 is more complete and fishery 3 data contains more information. When white noise was less than 10%, the percentage biases were small, less than 3.3%. When the white noise was 50%, the percentage biases were large with the largest of 36.7%.
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珠江口伶仃洋水域位于珠江三角洲地带。来自东江、西江、北江水通过八大口门汇集于此，一并注入南海。该水域沿岸北有广州市，东侧有香港和深圳特区，西侧有中山市、澳门和珠海经济特区。由于得天独厚的地理环境、丰富的资源潜力、经济文化的发达和城市化进程的迅速，被誉为广东金三角地区。伴随着珠江三角洲地区社会经济发展突飞猛进，外来人口迁入，工农业废水和生活污水排放量不断增加。通过河段径流携带的陆源污染、海洋倾废、海岸工程、船舶排污溢油、乱垦乱挖，使得珠江口水域的生态环境日趋恶化[1, 2]，严重地影响社会经济发展和人民生活质量。本文在珠江口水域渔业生态环境监测基础上，阐述了近期该水域的悬浮物含量水平，为珠江口水域环境质量及其治理提供了科学依据。
1. 调查站位与分析方法
调查站位布设如图 1。在北纬22°10′~22°45′，东经113°30′~113°55′珠江口水域共设置了20个采样点。采样时间分别为2003年5月(春季)和8月(夏季)。悬浮物含量测定按照我国国家技术监督局颁发的中华人民共和国国家标准《海洋监测规范》(GB17378.4-1998)第4部分：海水分析方法进行。
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图 1 珠江口伶仃洋水域调查站位Fig. 1 Sampling stations around the Lingdingyang water of the Pearl River Estuary2. 结果与讨论
2.1 悬浮物的含量与平面分布
调查期间(表 1)，珠江口伶仃洋水域悬浮物含量变化幅度在0.5~27.6 mg · L-1之间，平均值为5.73 mg · L-1。其中：
表 1 珠江口伶仃洋水域各调查站悬浮物的含量Table 1 The content of suspended substance in the Lingdingyang water of the Pearl River Estuarymg · L-10 站号
station no1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 均值
average5月 9.3 9.7 2.7 4.4 11.7 2.6 3.2 6.8 5.8 5.4 2.1 3.2 10.2 1.4 3.6 3.8 0.6 5.8 2.8 2.0 4.86 8月 12.7 5.6 7.4 4.4 21.5 2.6 3.8 27.6 0.5 5.4 6.0 3.2 5.0 5.0 3.6 1.5 2.6 0.9 2.5 2.0 6.19 春季(5月，枯水期)悬浮物含量变化范围在0.6~11.7 mg · L-1之间，均值为4.86 mg · L-1。高值区水域有3处(图 2)，分别是洪奇门和横门出口一带水域(5号站)、虎门出口及宝安区近岸水域(1、2号站)、香港大屿山西北侧水域(13号站)，其悬浮物含量分别为11.7 mg · L-1、9.3~9.7 mg · L-1和L10.3 mg · L-1。其次是位于淇澳岛东侧至深圳湾出口(8~10号站)之间水域，含量在5~7 mg ·L-1间变动。除此之外，其它水域悬浮物含量为3 mg · L-1以下。
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图 2 春季和夏季悬浮物含量趋势分布Fig. 2 Distribution trend of suspended substance content in spring and summer夏季(8月，丰水期)悬浮物含量变化范围在0.5~27.6 mg · L-1之间，均值为6.19 mg · L-1。与春季比较，其含量均值增高约1.3 mg · L-1，含量变化幅度亦较春季大。高值区仍是虎门、洪奇门、横门至淇澳岛东侧之间水域，尤其是洪奇门至淇澳岛东侧之间一带水域，悬浮物含量分别达到21.5~27.6 mg · L-1。然而，深圳湾出口水域悬浮物含量则保持春季的5.4 mg · L-1含量水平。珠海市附近水域悬浮物含量亦上升为6 mg · L-1，其它水域悬浮物含量在3 mg · L-1以下。
综上所述，珠江口伶仃洋水域悬浮物的含量分布总体上有两个特征：(1)悬浮物的含量呈西北部向东南部递减；(2)近岸水域高于远岸。此外，夏季悬浮物含量明显高于春季的含量。造成地理和季节差异原因是：珠江口伶仃洋水域是多口门汇合的河口水域，受沿岸经济迅速发展影响，沿岸排废污强度较大。8月份为丰水盛期，珠江径流携带珠江上游带来的大量悬浮泥沙进入河口区，使河口区水体浑浊，这是河口区水体悬浮物含量在丰水期高于5月份枯水期的主要原因。悬浮泥沙在进入河口区后，由于受海水盐度的增高，水体中悬浮泥沙等悬浮物质将形成絮团状而沉降，这是水体悬浮物含量由河口向外海递减的主要因素。
2.2 悬浮物含量与环境因子的关系
将该水域春季和夏季悬浮物的含量与同期调查的水体透明度、盐度、pH、溶解氧(DO)和化学耗氧量(COD)进行一元线性回归(图 3)，相关分析表明(n=20)，悬浮物含量与水体透明度、盐度、pH和DO含量呈负相关性。其中，与透明度的相关性以夏季较为显著(P < 0.05)。与DO (P < 0.05)、盐度(P < 0.50)则在春季相关稍明显，与pH关系在春、夏季呈显著的负相关(P < 0.05)。悬浮物的含量与COD含量呈正相关性，其中夏季较显著(P < 0.10)，春季不明显。
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图 3 春、夏季悬浮物含量与环境因子的相关性Fig. 3 The correlation between the contents of suspended substance and environmental factor in spring and summer显然，从上述相关分析可以看出，当水体透明度越低时，水体浑浊，悬浮物的含量越高，反之就越低。当悬浮物的含量增高时，水体COD含量随之升高，同时使水体pH和溶解氧含量下降。同样，受盐度的影响，悬浮物的含量亦发生变更。盐度高时，悬浮物质将凝成絮团状而沉降[3, 4]，悬浮物含量低下，盐度低时，悬浮物含量相对高。
2.3 与邻近水域比较
本调查结果与该水域东面邻近的大亚湾大鹏澳水域比较(表 2)，珠江口伶仃洋水域悬浮物变化幅度0.5~27.5 mg · L-1和平均含量5.5 mg · L-1均高于大亚湾大鹏澳水域0.2~12.3 mg · L-1，其平均含量差值在2 mg · L-1以上。
表 2 珠江口伶仃洋水域与邻近水域比较Table 2 Comparison of the Pearl River Estuary water and the adjacent watersmg · L-1 水域 waters 珠江口伶仃洋
Lingdingyang of the Pearl River Estuary大亚湾大鹏澳
Dapengao of Daya Bay含量范围 content 0.5~27.6 0.2~12.3 平均含量 arerage content 5.5 3.3 资料来源 data source 本调查 科技部社会公益项目* *微生物对海水网箱与池塘养殖环境的修复研究(科技部社会公益研究专项基金项目，编号：2001-183) 3. 小结
2003年珠江口伶仃洋水域水体悬浮物含量调查结果：
(1) 悬浮物含量变化幅度在0.5~27.6 mg · L-1之间，平均值为5.73 mg · L-1。夏季悬浮物平均含量6.19 mg/L高于春季平均含量4.86 mg · L-1。
(2) 悬浮物的含量总体上呈西北部向东南部递减趋势，近岸高于远岸的分布特点。
(3) 悬浮物含量与透明度、盐度、pH、DO呈负相关性，与COD含量呈正相关性。
(4) 该水域悬浮物含量高于大亚湾大鹏澳水域。
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图 1 渔业一、渔业二和渔业三的模拟生物量和捕捞努力量
Figure 1. Simulated biomass and effort data for fishery 1, 2 and 3
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图 2 北大西洋剑鱼渔业的单位捕捞努力量渔获量和产量
Figure 2. CPUE and yield data of swordfish fishery in the North Atlantic Ocean
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图 3 渔业一、渔业二和渔业三观测产量和评估产量的对比关系(10%白色噪音)
Figure 3. Observed and estimated yield for fishery 1, 2 and 3 (10% white noise)
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图 4 北大西洋剑鱼渔业的观测产量和评估产量
Figure 4. Estimated and observed yield of swordfish fishery in the North Atlantic Ocean
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图 5 3种渔业在白色噪音50%时的PPE%比较
Figure 5. The PPE% for fishery 1, 2 and 3 with white noise 1%, 10%, 30% and 50%, respectively
表 1 参数估计值与真实值之间偏差RBM%
Table 1 Bias between the estimated and true parameter values
白色噪音 white noise 0.01 0.1 0.3 0.5 B1 渔业一 7.1×10-10 2.2×10-4 10.2 21.4 渔业二 1.1×10-6 2.61 0.3 0.3 渔业三 1.9×10-6 0.64 0.9 2.9 r 渔业一 0.001 0.73 2.7 1.8 渔业二 0.03 0.02 1.4 7.8 渔业三 0.01 0.57 0.9 11.5 K 渔业一 1.1×10-8 0.3 2.6×10-4 4.3 渔业二 6.11×0-7 9.3×10-4 0.6 6.0 渔业三 6.3×10-10 0.9 7.5 17.2 q 渔业一 0.2 1.31 0 7.5 渔业二 0.2 0.26 3.4 32.8 渔业三 0.3 2.8 16.7 2.4 最大可持续产量
MSY渔业一 0.01 0.5 3.8 2.0 渔业二 0.02 1.07 0.1 6.9 渔业三 6.5×10-4 0.08 5.8 1.9 最大可持续产量时的捕捞努力量
fMSY渔业一 0.2 1.4 0.4 3.8 渔业二 0.2 0.04 8.6 36.7 渔业三 0.3 3.3 12.0 15.2 
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表 2 参数估计值的四分位数间距IQR
Table 2 Interquartile range of the estimated parameters
白色噪音 white noise 0.01 0.1 0.3 0.5 B1 渔业一 2 222 976 1 306 渔业二 3 139 268 325 渔业三 13 136 411 799 r 渔业一 0.001 0.04 0.20 0.26 渔业二 0.002 0.10 0.20 0.20 渔业三 0.002 0.04 0.14 0.20 K 渔业一 0.2 192 878 1 172 渔业二 0.7 565 1 036 828 渔业三 9.0 209 621 1 287 q 渔业一 6.6×10-5 0.002 0.01 0.013 渔业二 9.9×10-5 0.006 0.01 0.012 渔业三 6.4×10-5 0.002 0.006 0.007 最大可持续产量
MSY渔业一 0.5 14 56 83 渔业二 0.6 40 81 66 渔业三 0.6 14 44 81 最大可持续产量时的捕捞努力量
fMSY渔业一 0.1 2.6 11.7 14.5 渔业二 0.3 6.5 12.7 8.6 渔业三 0.09 1.3 3.3 4.8
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表 3 参数估计值的相对四分位数间距RIQR%
Table 3 Relative IQR(RIQR%)of the estimated parameters
白色噪音 white noise 0.01 0.1 0.3 0.5 B1 渔业一 0.3 4.9 110.8 134.5 渔业二 1.4 67.7 133.6 162.2 渔业三 1.6 17.1 51.9 97.1 r 渔业一 0.3 9.8 52.3 65.3 渔业二 0.4 24.2 48.9 44.8 渔业三 0.5 11.2 34.5 51.9 K 渔业一 0.2 19.2 87.8 112.4 渔业二 0.07 56.5 104.2 88.1 渔业三 0.9 20.7 67.1 109.9 q 渔业一 0.7 18.3 101.7 125.3 渔业二 0.9 57.0 137.9 92.6 渔业三 0.6 16.7 53.6 72.1 最大可持续产量
MSY渔业一 0.4 9.6 39.5 55.4 渔业二 0.3 26.8 55.1 48.5 渔业三 0.4 9.6 31.6 54.4 最大可持续产量时的捕捞努力量
fMSY渔业一 0.6 13.2 58.1 75.1 渔业二 1.3 32.5 69.3 68.3 渔业三 0.5 6.9 18.5 28.2
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表 4 北大西洋剑鱼渔业参数估计值和参数四份位数间距及相对四份位数间距
Table 4 Median and IQR, IQR% for the North Atlantic swordfish fishery
参数名称
parameter参数中值
median四分位数间距
IQR相对四分位数间距
RIQR%B1 30 773 6 021 19.6 r 0.94 0.05 5.6 K 44 733 2 697 6.0 q 0.013 0.001 9.2 最大可持续产量 MSY 15 678 621 3.9 最大可持续产量时的捕捞努力量 fMSY 37 4.5 12.3
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表 5 约束参数与不约束参数评估结果比较
Table 5 Comparison of the results with constrained and unconstrained parameters
r K q 最大可持续产量
MSY最大可持续产量时的捕捞努力量
fMSY四分位数间距
IQR无约束 0.10 565 0.006 40.0 6.5 约束 0.03 116 0.001 8.9 2.1 相对四分位数间距
RIQR%无约束 24.2 56.5 57.0 26.8 32.5 约束 8.2 11.9 11.2 6.1 10.7
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