南美白对虾养殖气象指数预报方法
王立超, 申子彬, 周溥佳
宁海县气象局,浙江 宁海 315600

作者简介:王立超(1987—),男,河北辛集人,工程师,本科,从事综合气象业务研究工作,E-mail:573247726@qq.com

摘要

根据浙江省宁海县鸡笼山2013—2014年气象资料与温盐特种站资料,利用统计检验结果,结合气象因子与南美白对虾海水养殖直接影响因子(水温、盐度等)的影响关系,根据影响对虾生长发育的关系大小对因子进行权重叠加,得到南美白对虾养殖气象指数。最后利用2015—2016年数据进行验证,对养殖气象指数进行修正改进,最终得到南美白对虾养殖气象指数。

关键词: 南美白对虾; 气象指数; 权重叠加
中图分类号:S966.12 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2017)07-1254-03 doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20170751

南美白对虾多采用池塘养殖, 对水温等环境条件要求较高, 而气温等气象因子直接影响着池塘水温等环境条件。陈昌生等[1]研究了南美白对虾摄食、生长及存活与温度的关系, 从水温的渐变、突变等不同出发点研究了对虾生长发育与温度的直接关系; 崔莹等[2]从溶氧水平和盐度两个方面探讨了其与对虾瞬时耗氧速率的关系。已有的研究从多个方面阐述了南美白对虾生长发育与相关因子的关系[3, 4, 5, 6], 但尚未对海水养殖气象指数进行研究。本文通过研究各气象因子与对虾生长环境的关系, 以期得到一个养殖气象指数, 可简要说明养殖适宜程度, 以便于养殖户在实际生产过程中加以利用。

1 数据与方法
1.1 数据来源

本文所用的气象资料取自宁海县鸡笼山区域自动气象站的常规观测资料, 养殖塘资料取自南洋港温盐浮标站, 观测密度为0.5 h, 区域自动站与海水养殖塘的距离为3 m, 对于养殖塘的气象要素具有很好的代表性。由于南美白对虾主要养殖时间为6— 9月, 故本文主要针对该时间段内气象因子对南美白对虾生长水环境的影响进行研究。

1.2 气象指数设计原理

气象指数的设计是依据气象要素的敏感度和依从性, 将各种气象要素进行综合的结果, 以不同的数学或统计函数来表征[7]

不同种类的气象指数函数有不同的表达方式, 通常的表达形式为:

Sp=f(x1, x2, x3, …, xn)。

式中Sp为气象指数, 是由气象因子所组成的函数, 其中气象因子是经过严格挑选的, 能反映出它本身对气象指数所具有的敏感度和依从性, 依据这些因子设计不同种类的气象指数, 既可以是统计函数, 也可用线性或非线性数学式来表示。

气象指数设计的数学表达式:

Sp=f(x1, x2, x3, …, xn)= [Sp1, Sp2]Level1text1[Sp3, Sp4]Level2test2[Spn, Sp(n+1)]Levelntextn

式中, Sp为气象指数值, f(x)为求算气象指数的函数, 区间[ Sp1, Sp2]为气象指数值域, textn 为对应级别的建议、措施等。

2 气象条件对南美白对虾养殖的影响
2.1 气温的影响

在南美白对虾整个发育期中, 水温对其摄食、生长及存活的影响较大, 而气温直接影响了水温的高低。利用2013— 2014年宁海县鸡笼山气象数据, 将6— 9月所有气象要素(包括当日与前一到两日的气温、湿度、降水、风向风速等16类数据)及海水养殖温盐浮标站的气温数据进行相关分析及线性回归, 分别得出与平均水温、最高水温、最低水温的拟合方程:

平均水温回归方程:Y=0.26X1+0.549X2-0.134X3+0.158X4+0.052X5-1.238(R=0.969; R2=0.94)。

式中:X1为当日最高气温; X2为前一日平均气温; X3为前一日极大风速; X4为前两日最高气温; X5为当日相对湿度。

最高水温回归方程:Y=0.186X1+0.353X2-0.105X3+0.301X4+0.106X5+3.553(R=0.957; R2=0.916)。

式中:X1为当日平均气温; X2为当日最高气温; X3为当日极大风速; X4为前一日最高气温; X5为前两日最高气温。

最低水温回归方程:Y=0.267X1+0.013X2+0.58X3-0.257X4+0.122X5+2.892(R=0.958; R2=0.917)。

式中:X1为当日平均气温; X2为前一日雨量; X3为前一日平均气温; X4为前一日最大风速; X5为前两日最高气温。

三类水温回归方程复相关系数均达到0.95以上, 且均通过了0.01信度检验, 从方程看, 水温与气温关系密切, 且总体呈现正相关, 其中平均水温、最低水温与前一日的平均气温关系最为密切, 而最高水温与当日的最高气温的一致性较好。

陈昌生等[1]研究表明, 南美白对虾忍受的高、低温极限分别为41 ℃和4 ℃。宁海南美白对虾的主要养殖季节为6— 9月, 因而研究气温对其的影响应主要考虑高温的影响。由图1可见, 水温实测值和水温预报值变化趋势基本一致, 且利用日最高气温等要素得出的回归方程对日最高水温的预报值与实测值也基本吻合。所以, 通过日最高气温对最高水温的预报是可行的。

图1 2013年日最高水温实况、预报与日最高气温实况分布曲线

根据宁海县气象局多次走访调研及之前的研究[8]结果, 南美白对虾最适水温为25~32 ℃; 极低水温为6 ℃; 极高水温为43.5 ℃。采用日最高水温回归方程对其进行修正, 得出日最高气温与日最高水温的换算关系, 同时用T来表示气温对水温的影响:T为1时, 日最高气温为24~41 ℃, 有利于南美白对虾生长发育; T为2时, 日最高气温高于41℃; T为3时, 日最高气温低于24 ℃, 气温偏高或偏低可能会对南美白对虾的正常发育产生不利影响。

2013— 2014年鸡笼山区域自动气象站统计的高温日数(35 ℃以上)分别为18和2 d, 差异明显; 而鸡笼山区域的南美白对虾产量, 2013、2014年分别为0.55和0.50 t· hm-2。说明高温一定程度上对南美白对虾的生长发育有促进作用, 这与日最高气温对南美白对虾的影响是一致的。

2.2 降水的影响

和气温相比, 一般性降水对南美白对虾生长发育影响相对较小。其研究表明[5], 降水主要对养殖塘内的盐度和pH存在影响。利用逐日降水量与温盐浮标站特种数据求多元回归, 可以看出逐日降水与盐度、pH或是其他因子直接相关性不是太好; 但达到一定量级的降水对其盐度影响较为剧烈, 以2013年6— 9月盐度、pH与降水关系为例(图2)。

图2 2013年日均盐度、pH值与日降水量分布曲线

宁海海水养殖塘面积1.3 hm2左右, 对于一般小雨量级的降水, 塘内的温度、盐度等要素不会产生大的变化, 故本文采用分级降水法, 即将南美白对虾生长期内日降水量分为小、中、大、暴雨及以上4类。经分析, 中雨及以下量级的降水不会对塘内盐度、pH产生明显影响, 而在暴雨以上, 或是历经短时强降水后, 塘内的盐度发生明显变化。2014年6月21— 23日, 受梅雨带影响, 鸡笼山日最大降水量达135.7 mm, 而在6月23— 25日塘内盐度由之前的15%左右突降至10%以下。

2.3 气温和降水的检验

根据2013— 2014年日最高气温、分级降水对盐度的影响, 结合2015— 2016年已有的温度、盐度和气象要素实况数据进行检验, 验证其合理性和可用性(图3)。通过日最高气温预报日最高水温, 对2015— 2016年最高水温实况和预报做分布曲线图, 可看出两者之间呈现显著的正相关性, 且极值水温也呈现一致性, 故利用日最高气温对日最高水温的预报是可行的。

图3 2015年最高水温实况、预报分布曲线

对盐度的预报, 根据分级降水检验法, 得出的结果同样呈现明显负相关。图4、图5反映了2015年、2016年盐度与分级降水之间的关系, 小雨及以下赋值0; 中雨赋值1; 大雨赋值2; 暴雨及以上赋值3。从图中可以看到, 每次大的降水都会使得盐度有较为显著的下降; 降水等级越高, 对盐度影响越大。

图4 2015年盐度与分级降水分布

图5 2016年盐度与分级降水分布

3 南美白对虾养殖气象指数的建立

结合养殖大户实际经验, 对气温和降水两个因子分别赋予0.8和0.2的系数, 即南美白对虾养殖气象指数J=0.8T+0.2R, 根据J 的大小, 得出南美白对虾分级养殖气象指数SP, 指数越大, 对养殖影响越大。J为1~2时, Sp为1, 该气象条件有利于南美白对虾生长发育; J为3~4时, Sp为2, 该气象条件较不利于南美白对虾生长发育, 需密切关注; J大于5时, Sp为3, 该气象条件不利于南美白对虾生长发育, 需采取有关措施。

4 小结

南美白对虾养殖气象指数的研究是从一种新的角度开展气象观测、为农服务的手段, 避免了以往盲目开展气象特色服务的弊端。本研究结果表明, 气温和降水两个主要因子可用于对南美白对虾生长发育的水环境进行预测预报, 进而指导养殖大户, 尽可能减少因气象灾害带来的损失。其中气温对南美白对虾影响更重要, 尤其是最高气温的影响。但应注意, 气象意义上的高温(35 ℃以上)时, 不一定会对南美白对虾产生不利影响, 需区别高温和气温极端值。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献:
[1] 陈昌生, 叶兆弘, 纪德华, . 南美白对虾摄食、生长及存活与温度的关系[J]. 集美大学学报(自然科学版), 2001, 6(4): 296-300. [本文引用:2]
[2] 崔莹, 臧维玲, 马海娟. 南美白对虾瞬时耗氧速率与溶氧水平和海水盐度的相关关系[J]. 上海水产大学学报, 2003, 12(1): 76-79. [本文引用:1]
[3] 宋宗岩, 王世党, 于诗群, . 南美白对虾体长增长与温度的关系[J]. 齐鲁渔业, 2002, 19(7): 19. [本文引用:1]
[4] 唐啸尘. 温度对南美白对虾的影响[J]. 海洋科学, 2003, 27(10): 79-80. [本文引用:1]
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[6] 曹美兰, 李仁忠, 杨再强, . 海水养殖水温对冷空气的响应及水温预报[J]. 干旱气象, 2013, 31(1): 56-61. [本文引用:1]
[7] 周传瑞, 曹彦, 王莹, . 冬季交通气象指数预报方法[J]. 黑龙江气象, 2008, 25(3): 10-12. [本文引用:1]
[8] 王立超, 王杰, 周溥佳, . 海水养殖现代气象服务研究[J]. 中国农业信息, 2014(3): 197-198. [本文引用:1]