有限元/边界元耦合方法在海洋生物目标强度特性研究的应用

目标强度特性是海洋生物声学识别与资源量评估的重要依据,其中,基于近似几何体和声阻抗特性的理论模型法是研究海洋生物目标强度的重要手段。由于对几何形态近似处理以及数值求解方法的限制,传统理论模型对声波频率、入射方位以及目标声阻抗、形态尺寸等均有各自不同的适用范围,单一模型难以满足不同种类或同一种类但不同尺寸海洋生物的目标强度求解。该文尝试将逐渐见诸应用的有限元/边界元耦合方法用于海洋生物目标强度特性研究,分别以球形生物、纺锤形鱼类尾明角灯鱼(Ceratoscopelus warmingii)和细长形浮游动物南极大磷虾(Euphausia superba)为例进行仿真计算,并与相适应的经典理论模型进行对比分析。结果表明,对于球形生物,有限元/边界元耦合方法与解析模型的目标强度频响曲线完全吻合;对于纺锤形鱼类,有限元/边界元耦合方法可有效弥补基于模态级数解的形变圆柱体模型在中低频和两端入射时的准确性问题;对于细长形浮游动物,有限元/边界元耦合方法与畸变波玻恩近似模型高度吻合。综上,有限元/边界元耦合方法对多种海洋生物目标强度求解均具有较好的适用性,未来有待进一步结合实验测定进行验证。

南极磷虾渔业发展的工程科技需求

积极参与开发南极海洋生物资源是对海洋渔业持续健康发展的新要求。本文介绍了国际南极磷虾渔业的发展历程与趋势,分析了我国南极磷虾渔业面临的主要问题,并提出了相关工程科技建议。国际上南极磷虾渔业已发展成为由创新性捕捞技术支撑、高附加产品市场拉动、集捕捞和加工于一体的新型产业。积极发展南极磷虾渔业,可促进我国第二远洋渔业发展、培育海洋生物新兴产业。为实现这一目标,需加强捕捞加工装备技术创新研究,提高产业核心竞争力;同时开展渔场资源生态基础研究,促进极地渔业可持续发展。

浒苔声反射特征的实验测定

以2008年夏季在中国黄海中南部海域引起绿藻暴发的主要种类浒苔(Enteromorpha prolifera)为研究对象,在消声水池内利用经过校正的、工作频率为70kHz的Simrad EY500回声探测-积分系统对其声反射特征进行测定,根据浒苔的回声积分等测定值建立了浒苔声反射强度与浒苔密度关系的定量表达式。实验结果显示,浒苔是有效声散射体,其体积反向散射强度(Sν,dB)与浒苔密度(ρ,g/m3)之间的关系为Sν=17.31gρ-95.9,与鱼类目标强度和体长关系具有类似的表述模式。结果证实渔业声学原理和现行渔业声学仪器、方法同样适用浒苔的探测,水声技术可成为下沉浒苔快速监测的有效手段。实验同时显示,浒苔的声散射特征具有其特殊的复杂性,这可能与其可通过光合作用产生气体(氧气)有关。因此,若欲利用声学方法对下沉浒苔资源进行定量评估调查,需对浒苔的生理生化特征进行同步观测研究。

狭鳕（Theragra chalcogramma Palas）目标强度的现场测定

１９９３年夏季“北斗”号调查船白令海狭鳕（ＴｈｅｒａｇｒａｃｈａｌｃｏｇｒａｍｍａＰａｌａｓ）资源声学调查期间，利用计数—积分法对狭鳕的目标强度进行了现场测定。结果表明，平均叉长５１６ｃｍ的狭鳕的平均目标强度为－３４３ｄＢ；以常规的２０Ｌｏｇｌ形式表示，其目标强度与叉长的关系式为ＴＳ＝２０Ｌｏｇｌ－６８．６ｄＢ。该测定结果较目前采用的关系式：ＴＳ＝２０Ｌｏｇｌ－６６．０ｄＢ低２６ｄＢ；应用于资源量计算，其估算值将比现估算值高８２％。

北太平洋狭鳕资源声学评估调查研究

１９９３年夏季使用“北斗”号渔业调查船对北太平洋的狭鳕进行资源声学评估和渔场环境调查，调查覆盖面积达７６万平方公里。调查结果表明：夏季白令海阿留申海盆区５０—２００ｍ为冷水团占据，水温为１．３—４．９Ｃ。狭鳕成鱼主要分布于海盆区东南部及公海区，主要栖息在１７５－２２５ｍ层。在公海区东北部与陆架之间，首次发现大量狭鳕当年生幼鱼，主要栖息在８０—１００ｍ层。成鱼和幼鱼均有明显昼夜垂直移动。海盆区狭鳕平均叉长５２．６ｃｍ，平均体重１０９５ｇ，个体较往年偏大，公海区狭鳕资源评估结果为５．２万吨，预计１９９５年公海狭鳍资源将逐渐恢复。夏季鄂霍次克海公海区５０—１５０ｍ为较强冷水团占据，水温为－１．２－０．２℃。狭鳕密集分布区在北纬５５°以北的５００ｍ等深线以浅海区，主要分布水层在冷水团下方的１５０—３００ｍ处。该海区狭鳕平均叉长３８．３ｃｍ，平均体重３５８．７ｇ，优势年龄组成为５—６龄，资源状况良好。

南海北部海域重要经济鱼类资源声学评估

根据1997年12月至1999年6月利用“北斗”号调查船的SimradEK500回声探测-积分系统在南海北部海域获取的渔业资源调查资料,运用渔业资源声学评估方法对该海域的带鱼科(Trichiuridae)鱼类、蓝圆(Decapterusmaruadsi)、竹鱼(Trachurusjaponicus)、金线鱼科(Nemipterus)鱼类以及大眼鲷科(Priacanthidae)鱼类等5类23种经济鱼类进行了评估与分析。结果表明,在南海北部海域带鱼科、蓝圆、竹鱼、金线鱼科和大眼鲷科的资源量分别为50.4×104t、16.3×104t、10.4×104t、9.8×104t和9.2×104t,其中带鱼科的资源量密度以冬季和粤西海域最高,蓝圆和竹鱼的资源量密度都以秋季和粤东海域最高,但竹鱼的资源量密度秋季明显高于其他季节。金线鱼科秋季在112°30′～116°E珠江口近海海域自西南到东北出现高度密集分布带,大眼鲷科在南海北部海域的分布较广泛,没有出现明显的高度密集区。

南极磷虾油中总砷含量及砷形态分析

南极磷虾油富含Omega-3磷脂而具有强大的保健功能,但由于其砷含量较高,在保健品领域的应用受到一定限制。由于南极磷虾油中含有大量的磷脂质,采用常规的提取方法分析难以对其砷形态进行准确定量分析。本研究采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱（（HPLC-ICP-MS）联用技术建立了针对砷甜菜碱（As B）、二甲基砷酸（DMA）、一甲基砷酸（MMA）、三价砷As（Ⅲ）、五价砷As（Ⅴ）5种砷形态的分析方法。采用C_（18）固相萃取进行样品脱脂前处理,采用阴离子交换色谱Ion Pac AS9-H阴离子分析柱（250 mm×4 mm）,流动相采用38 mmol/L Na_2SO_4＋15 mmol/L乙酸钠;流速0.6 m L/min,流速1 m L/min,进行5种形态砷化合物的分析。结果表明,5种砷化合物的线性范围为0.5~500μg/L,相关系数R〉0.9993.检出限（LOD）为0.1~0.2μg/L,定量限（LOQ）为1.5~2.6μg/L,RSD〈5%。加标回收率为88.9%~106.3%。样品的测定结果显示,南极磷虾油中砷形态的主要存在形式为无毒的砷甜菜碱,因此可以安全地应用于食品及保健品。

南海北部海域小型非经济鱼类资源声学评估

为探讨南海北部渔业资源的可持续利用情况 ,根据 1997年 12月～ 1999年 6月“北斗”号调查船SimradEK5 0 0回声探测 积分系统在南海北部海域获取的渔业资源调查资料 ,对该海域天竺鲷科、科、灯笼鱼科、鳄齿鱼科以及犀鳕科等 5类 5 8种小型非经济鱼类进行了资源量评估。结果表明 ,这些种类在南海北部海域具有比较丰富的资源储量 ,它们春、夏、秋、冬 4个季节的平均资源量分别为 18.5× 10 4t,2 6.1× 10 4t,2 2 .3× 10 4t,17.6× 10 4t和 4.5× 10 4t ;分析了其资源量的区域分布和季节变化。

南海5类重要经济鱼类资源声学评估

1997年12月至1999年6月，利用“北斗”号调查船配置的Simrad EK500回声探测一积分系统在南海北部海域进行了渔业资源声学调查，调查分春（4～6月）、夏（7～9月）、秋（10～12月）、冬（12～2月）4个季节进行．根据调查资料，运用渔业资源声学评估方法对该海域的带鱼科、蓝圆鲹、竹荚鱼、金线鱼科以及大眼鲷科等5类23种经济鱼类进行了评估与分析．结果表明，这些种类在南海北部海域仍具有一定的资源储量，其资源量分别为5．04×10^5，1．63×10^5，1．04×10^5，9．8×10^4和9．2×10^4t；分析了其资源量的区域分布和季节变化．

南极磷虾调查CPUE指数变动的影响因素初步分析

根据2010年1月~2月在南极南设得兰群岛和南奥克尼群岛周围水域开展的南极磷虾拖网调查期间收集的数据,对南极磷虾CPUE指数变动的影响因素（包括表温、水深、拖速和拖曳深度）进行了分析。结果表明：（1）开始捕捞至结束捕捞的表温相差较小时,平均CPUE相对较高（〉250 kg/min）;（2）起放网表温在0.5~1.0℃和1.0~1.5℃时,平均CPUE均较高（〉250 kg/min）;（3）当海底平均深度大于2 000 m时,CPUE均最低（〈100 kg/min）;（4）随着拖速和拖曳深度的增加,平均CPUE逐渐减小,当拖速小于2.5 kn及拖曳水深小于25 m时,平均CPUE达到最大,分别为364.46 kg/min和347.59 kg/min。本研究结果可为开发南极磷虾资源提供基础数据,并为海上生产提供指导性参考。

不同解冻方式对南极磷虾脂质品质的影响研究

以南极磷虾样品的甘油三酯含量、胆固醇含量、磷脂含量、游离脂肪酸含量、过氧化值、茴香胺值、虾青素含量和总脂肪酸组成等为衡量指标,结合雷达图分析法综合评价了不同解冻方式(自然解冻、低温解冻、静水解冻、微波解冻)对南极磷虾脂质品质的影响。结果显示,自然解冻、低温解冻、静水解冻、微波解冻的解冻时间分别为210、450、90、5 min。不同解冻方式对南极磷虾脂质品质的影响存在差异,其中,经不同解冻方式处理后,南极磷虾游离脂肪酸含量和虾青素含量差异显著(p<0.05),游离脂肪酸含量在20.8%~23.0%之间,虾青素含量在391.7~429.9μg/g之间。雷达图分析结果显示,从脂质的开发利用角度考虑,南极磷虾的解冻方式优先顺序为:静水解冻>低温解冻>微波解冻>自然解冻。综合考虑产品脂质品质、解冻时间和能源消耗等因素,南极磷虾陆基生产加工过程中,以冻虾为原料开发制备南极磷虾油时,应优先选用静水解冻的方式。

秋季黄海中南部鱼类群落对饵料生物的摄食量

研究鱼类与饵料生物之间食物定量关系进而为多鱼种资源评估提供依据，2000～2002年秋季（10～11月）在黄海中南部海域进行了定点底拖网调查，应用Eggers模型，计算了带鱼（Trichiurus lepturus）、小黄鱼（Pseudosciaena polyactis）、黄鲼鲸（Lophius litulon）、细纹狮子鱼（Liparis tanakae）等23种鱼类在秋季对饵料生物的摄食量。结果表明：黄海中南部23种鱼类在秋季对饵料生物的总摄食量约为309万t，其中，鲲鱼（Engraulis japonicus）的摄食量最高（在250万t以上），占总摄食量的80．9％。中上层和底层鱼类对饵料生物的摄食量分别为262万t和47万t左右，占总摄食量的84．7％和15．3％，鳇鱼和细纹狮子鱼分别是中上层和底层鱼类中最主要的捕食者。磷虾类是中上层鱼类最主要的食物来源，其次是桡足类、端足类和毛颚类；虾类和鱼类是底层鱼类最主要的食物来源，其次是磷虾类。太平洋磷虾（Euphausia pacifica）、中华哲水蚤（Calanus sinicus）、细长脚虫戎（Themisto gracilipes）、脊腹褐虾（Crangon affinis）和鲲鱼同时是黄海中南部被摄食量最高的5种饵料生物，它们被摄食的生物量之和约为233万t，占总摄食量的75．5％。

山东半岛南部产卵场鳀鱼的产卵生态Ⅰ.鳀鱼鱼卵和仔稚幼鱼的数量与分布特征

2000-2004年5-7月,"北斗"号生物资源调查船对山东半岛南部产卵场进行了11个航次多学科的综合调查,鳀鱼鱼卵和仔稚幼鱼的数量与分布及其与环境因素的关系为重点调查内容。调查结果表明:1)山东半岛南部产卵场5月中、下旬鳀鱼才进入产卵初期;6月上旬产卵个体逐渐增多,即将进入产卵盛期;6月中、下旬进入产卵盛期;2)山东半岛南部产卵场中,35°N断面及其邻近海区的鳀鱼鱼卵密集分布区相当稳定,这一带海域基本上每年都有鱼卵的密集分布中心形成;北部海域的密集分布区的分布范围和分布位置变化比较大,但是,密集分布区一旦形成,鱼卵的平均密度相当可观;西南部沿岸一带海域的鱼卵数量很少。鳀鱼鱼卵的分布与海流、潮汐以及水温分布等物理海洋学要素的关系密切,南、北两个鱼卵密集分布区正是潮锋所在的位置,锋区的辐聚和卷夹作用,使鳀鱼鱼卵聚集成密集的斑块,从而形成了鱼卵的密集分布中心;3)鳀鱼鱼卵在水体中的空间分布主要集中在上混合层,温跃层中的数量次之,下混合层的数量最少;统计学检验,上混合层、温跃层和下混合层之间的鱼卵数量差异显著;4)鳀鱼仔稚幼鱼的数量明显少于鱼卵,水平分布特征与鱼卵也有明显的差异。

辽东湾不同型刺网捕捞性能的比较

为了提高近海渔业资源养护型捕捞与管理技术,促进《全国海洋捕捞渔具目录》的实施,2014年10–11月在辽东湾进行了网目尺寸为40 mm、50 mm、60 mm的单片刺网、双重刺网和三重刺网以及生产对照网的选择性对比实验。结果显示,各种实验网的渔获种类数均在6–9种之间,优势种口虾蛄(Oratosquilla oratoria)的优势度随网目尺寸的增大而减小,但花鲈(Lateolabrax japonicas)的优势度随网目尺寸的增大而增大。同型试验网在不同网目尺寸条件下的渔获量有显著性差异,其中,60 mm试验网与40 mm同型试验网的单位捕捞努力量渔获量(CPUE)比较,单片刺网为800%,双重刺网为650%,三重刺网为500%;而异型试验网在网目尺寸相同条件下对渔获量的影响相对较小。试验网的组内渔获组成平均相似度分别为单片刺网59.24%,双重刺网62.63%,三重刺网66.51%;组间分别为71.44%、67.50%和70.58%;对组内和组间平均相似度贡献最高的种类均为口虾蛄和花鲈。随着网目尺寸的增大,各型试验网的渔获物幼鱼比例呈下降趋势。

基于渔业调查的南极半岛北部水域南极磷虾种群年龄结构分析

依据2009—2010年南极海洋生物资源开发与利用项目调查期间在南极半岛北部(南设得兰群岛和南奥克尼群岛)水域收集的南极磷虾样本,应用Bhattacharya法分析了该水域南极磷虾的种群年龄结构。结果表明,1月份南极磷虾体长范围分布在38.2—64.0mm,2月份体长范围分布在33.2—59.0mm,且1月份和2月份体长分布并不存在显著性差异(K-S检验,Z=1.061,P=0.211>0.05);种群内最多可能包含5个年龄组,即2+,3+,4+,5+和6+龄虾。年龄组成的区域变化较大,2+龄虾仅在个别区域存在;1月份5+龄在种群中所占比例显著高于其它年龄组(57.23%),其次为4+龄(23.42%),而2月份6+龄(53.29%)所占比例也显著高于其它年龄组,其次为3+龄(25.85%)。

声学仪器间干扰信号的消除及其在南极磷虾集群研究中的应用

为充分利用渔船采集的声学数据,基于Echoview渔业声学数据后处理软件的相关功能模块,建立了一种强干扰背景下的回波映像集群信号提取方法,并针对2011年2月在南奥克尼群岛周边水域采集的南极磷虾集群数据进行了应用研究,有效消除了回声数据中的强干扰信号。还原后的磷虾集群数据显示,南极磷虾集群具有明显的昼夜垂直移动特征,白天虾群几何中心分布水层的平均深度为77.4 m,虾群平均厚度为10.8 m;夜间分布水层变浅,平均深度为41.2 m,平均厚度为8.8 m。

高效液相色谱法检测南极磷虾油中总虾青素含量

建立了一种检测南极磷虾油中总虾青素含量的高效液相色谱方法。样品采用Na OH-甲醇溶液皂化后加入Na HSO4终止反应,反应液经正己烷液液萃取净化,采用C18液相色谱柱分离,二极管阵列检测器在476 nm波长进行测定,虾青素在5 min内得到较好分析。考察了皂化时间对虾青素酯皂化效率的影响,研究结果显示,皂化30 min为最佳反应时间。虾青素含量在0.2-20.0 mg/L范围内与其峰面积呈良好的线性关系,相关系数为0.999 9,检出限为0.005 mg/kg,定量下限为0.2 mg/kg。日内精密度（RSD）≤3.4%,日间RSD≤4.3%,南极磷虾油样品的加标回收率为90.2%-95.2%。该方法的线性范围宽、准确性好、精密度高,样品前处理方法简便,适用于南极磷虾油中总虾青素含量的分析检测。

黄海中南部鯷鱼的生殖力及其变化

根据2002～2004年在山东半岛南部鳀鱼(Engraulis japonicus)产卵场的调查资料和1985～1986年相关历史资料,分析鳀鱼在经过近20年的高强度捕捞过程中,资源衰退导致个体绝对生殖力与叉长、纯重和年龄之间关系的变化,并对两个时期相同个体鳀鱼的生殖力进行比较.结果表明,2002～2004年鳀鱼的个体绝对生殖力为(14 850±579)粒,个体绝对生殖力随叉长、纯重和年龄的变化显著;与1985～1986年同海区、相同叉长范围和纯重范围的鳀鱼相比,2002～2004年鳀鱼生殖力的增大显著.生殖力增加可能是鳀鱼对长期捕捞压力及外部环境变化的适应性的反应.

商用探鱼仪南极磷虾声学图像的数值化处理

为充分利用渔船所获渔业资源的分布信息,提出了一组商用探鱼仪声学图像数值化处理方法,并将其应用于以数码相机拍摄的南极磷虾回波图像处理,对南极磷虾的集群特征进行了研究。通过对图像进行拍摄角度与亮度调整等预处理、像素色彩标准化与二值化处理后,对虾群厚度、密度中心以及相对集群密度等集群特征进行了分析。30幅图像的处理结果表明,图像所示虾群的平均厚度范围为5.6～55.8m,中值厚度为25.7m,均值厚度为27.1m;虾群密度中心所处水深为40.0～156.5m,中值水深为68.8m,均值水深为77.3m。磷虾的集群特征存在较为明显的昼夜变化,白天集群密度高、厚度小,夜间密度低、厚度大。本研究所述方法为利用渔船商用探鱼仪进行渔业资源研究提供了一种有效技术手段。

黄海鳀鱼越冬洄游分布及其与物理环境的关系

依据2001～2003年间秋、冬季调查资料，对黄海鳀鱼的越冬洄游分布与环境因子的关系作了初步研究；利用一个以温、盐为参量的刻画海区物理环境对鳀鱼适合程度的指标（环境适合度），对环境因子在鳀鱼洄游分布中的作用做了初步的定量探讨。结果表明，鳀鱼的越冬洄游分布呈现出一种为温盐环境因子所“驱动”的态势；黄海冷水团和黄海暖流是其两个主要控制因素。秋季黄海冷水团决定着鳀鱼的洄游与分布，鳀鱼主要聚集于黄海冷水团的边缘、底层水温11～12℃等温线附近，冷水团边缘应是鳀鱼越冬洄游的主要路径。冬季黄海暖流决定了鳀鱼的越冬分布，鳀鱼主要密集于黄海暖流入侵所形成的暖水舌边缘、水温11～13℃等温线附近。物理环境适合度与鳀鱼的分布有着良好的匹配，适合度由低到高的负梯度方向决定了鳀鱼的越冬洄游路线，适合度高值区恰是越冬鳀鱼的密集区；表明适合度可作为一有效环境指标在预测鳀鱼密集区形成中发挥重要作用。