海洋渔业专题图的研究应用现状

郑巧玲，张胜茂，樊伟

(1．农业部东海及远洋渔业资源开发利用重点实验室，上海200090;2．中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090;3．上海海洋大学海洋科学学院，上海201306)

专题地图是突出反映一种或几种主题要素的图。地图的主题要素是根据专门用途的需要确定的，其他的地理要素则是根据表达主题的需要进行选绘［1］。海洋渔业专题图作为专题地图的一种，是指在海洋渔业研究和生产过程中绘制的有关鱼类资源分布、渔场环境状况、渔场预报和渔业生产等相关活动的各类图集。海洋渔业专题图的编制最早始于渔场图，自1904年前苏联学者编制了里海渔场图以来，第一次世界大战前后，欧洲学者补充了北海及英国沿岸的鲱鱼渔业渔场图。此后，前苏联学者对编制渔场图做出很大贡献，尤其是对于巴伦支海、里海、远东海域。在中国，1957年黄海水产研究所编制了渤海、黄海和东海北部机轮底拖网渔捞状况的渔场图，为此后中国渔场图的编制奠定了良好的基础［2］。随着3S技术和计算机网络技术的发展，实现了渔业数据的采集、处理、编制和发布的信息化及一体化，所绘制的海洋渔业专题图不仅精度高、科学指导性强，涉及的种类也越来越多，如渔业资源分布图、渔场环境图、渔业相关政策图等。本研究中系统地阐述了海洋渔业专题图的分类、制作及所存在的不足，以期促进渔业专题图在渔业领域的应用，为海洋渔业研究与管理服务，为海洋渔业的发展提供参考。

1 海洋渔业专题图的分类

目前，国内外对海洋渔业的研究相对较多，涉及的渔业专题图也日益增加，但尚未见对海洋渔业专题图系统性的研究。陈新军［2］曾将渔场图分为一般性渔场图和全面性渔场图两种，前者指缺乏环境因子或鱼类生物学特性绘制的渔业相关图集，后者包含的相关因子较为全面。由于现阶段绘图技术已相对成熟，各种环境因子的获取也相对容易和精确，本研究中所论述的都是基于环境条件、统计数据、数学模型、技术支撑等较完备情况下制作的海洋渔业专题图。这种渔业专题图科学性高、实用性强，是当前及以后海洋渔业专题图的主要代表。在对相关渔业资料收集和统计的基础上，依据海洋渔业图所研究对象的性质和特点将其分为五大类。

1.1 渔业资源图

渔业资源图是有关海洋鱼类资源分布的专题图集合，包括按时间单位(年、季度、月)进行绘制的各种鱼类的位置分布、栖息水层、密度分布等专题图;鱼类洄游、生殖、索饵、越冬和临时集群的地点和路线分布专题图;鱼卵、仔鱼的分布和漂流路线专题图等。联合国粮食及农业组织(FAO)［3］已出版了在线预览的全球海洋生物物种分布图682张，展现了多种海洋鱼类和虾类的全球分布状况。唐启升等［4］编制的《中国专属经济区生物资源及其环境调查图集》包括了黄、渤、东、南海主要鱼类资源的地理分布、资源密度、捕捞状况等。

1.2 渔场环境图

渔场环境图主要是描绘渔场周围的海表面温度、海表面高度、海水盐度、叶绿素浓度、洋流、锋面等海况信息的图集，也被称为渔场海况图。海洋鱼类的集群、分布和洄游除了受其本身生理特征、生态习性影响外，还与外界环境因素有着密切关系［2］。分析海洋环境要素的分布和变化情况对于研究渔情、渔汛和渔场的变化具有重要意义。韩士鑫等［5］自1987年开始绘制和发布东、黄海渔场海况图。日本渔情预报服务中心依据所获取的渔业和卫星数据常年向外发布其制作的渔场海况信息图，为有需求的渔民和渔业公司提供参考［6］。

1.3 渔场预报图

渔场预报图是在渔场预报模型的基础上制作出来的产品，用历史环境、捕捞数据、数学模型和经验来预测未来的渔业资源丰度、空间分布或渔汛。一张合理的渔场预报图应包括三个方面的内容，即渔场学基础、数据分析和预报模型。张晶等［7］对渔场预报图的制作原理和流程进行了研究，以东海为例制作了东海中心渔场预报图。陈新军等［8］利用渔场预报模型分析了海洋表面温度和温度梯度与西北太平洋柔鱼渔场的关系，绘制了基于温度的西北太平洋柔鱼渔场预报图。此外，自20世纪80年代以来，用于描述野生动物栖息地质量的栖息地指数 (Habitat suitability index，HSI)模型也被广泛用于海洋渔业。利用HSI模型绘制的鱼类栖息地指数分布图可以较好地表征环境因子对渔场分布的影响，从而预测渔场的位置。一般认为，HSI＞0．6的范围是鱼类适宜的栖息地，也是渔场出现概率相对较大的位置。目前，渔业上的HSI分布图已在渔业资源评估、渔场预报等方面［9-10］得到广泛应用，成为渔情预报研究的重要组成部分。

1.4 渔业生产图

1．4．1 渔获量分布图 一般认为，一定的时空范围内环境条件适宜且渔获量也较高的位置为渔场。在对渔获量统计数据进行规范化处理的基础上，结合相关环境因子绘制的专题图称为渔获量分布图。连续性的渔获量分布图可以清晰展示某一海域某种或多种鱼类资源的丰度或捕捞强度，为资源开发和利用提供参考。FAO在其网站上提供了全球金枪鱼和剑旗鱼捕捞量图集［11］;上海海洋大学根据收集的渔获量数据连续编制了西北太平洋、东南太平洋等海域的柔鱼渔获量和作业分布图;东海水产研究所依据收集的国际金枪鱼捕捞产量数据，制作了不同种类和不同海域金枪鱼捕捞产量分布图。

1．4．2 船位分布图 船位分布图是基于卫星的船位监控系统 (Vessel monitoring system，VMS)所记载的渔船在海上作业过程中的航迹变化、捕捞状态和基于船位的捕捞努力量等与船位相关活动的可视化表达。渔船在不同渔场作业的时间和效率有一定区别，渔获物输送场所也存在差异，根据船位分布图上显示的航迹和捕捞状态并结合渔场信息，可以实现溯源渔船、溯源渔场、溯源渔获，同时可对渔获供给提供预报。张胜茂等［12］对北斗卫星船位监控系统所获取的渔船船位、航向、航速等信息进行分析挖掘，利用插值法获取了相关渔区的捕捞强度图。Bez等［13］利用VMS数据对热带金枪鱼围网捕捞活动的空间动态进行了定量化研究。Fock［14］对2005—2006年的VMS数据进行研究，确定了基于船位的捕捞努力量，并据此给出了法国专属经济区内5个资源量最为丰富的渔场。

1．4．3 海水养殖分布图 近年来，海水养殖产量增长快速，2009年FAO渔业技术论文中提到:过去10年里，海水养殖产量占总产量的比例从13%增加到19%，而海洋捕捞产量由69%减少到56%［15］。对海水养殖而言，选址较为关键，合理的养殖地点有助于提高养殖产量，减少成本。海水养殖分布图是对养殖地点的资源、环境、经济等因子进行综合性评价的结果，给出海水养殖地点的适宜性等级分布，可为选址作参考。Ross等［16］进行了基于 GIS的沿海水产养殖选址研究，以水深、海流、遮蔽物和水质为基本影响因子对鲑科鱼养殖水箱放置地点进行了研究，绘制了养殖点适宜性分布图。目前，海水养殖分布图包含了选址、产量分布和产品分布等内容。

1.5 海洋渔区与渔业政策图

海洋渔区与渔业政策图是指依据国内外海洋渔业法规相关规定绘制的渔区位置、范围、政策等相关信息的图集。自《联合国海洋法公约》生效以来，截止到2000年底，共有112个国家建立200 n mile专属经济区，13个国家建立了宽度不等的专属渔区，专属经济区的宣布使得世界上大部分可开发的渔业资源处于沿海国的管辖之下［17］。为便于渔业统计，FAO针对世界内陆水域和三大洋共划分了24个大渔区报告渔业生产，其中内陆水域6个，三大洋18个［18］;1986年，中国农牧渔业部水产局完成了《中国渔业区划》的编制［19］。2002年12月，国家海洋局出版了《中国海洋政策图集》，包括中国渔港、渔场分布和周边各国的领海基线等内容。李小恕等［20］利用GIS制作了中国海洋渔区及渔业政策图，内容包含中国行政区划、领海基线、禁渔线、渔业协定水域、等深线、渔区等。

2 海洋渔业专题图的制作和发布

2.1 制图要素

根据海洋渔业专题图的应用目的和信息特点，可将其绘制的地图要素分为以下几类:

(1)海况信息。指渔场周围的环境，包括卫星遥感反演获取的海表面温度、海洋水色、海面高度等信息，以及测量与计算得到的海水盐度、温度梯度、叶绿素浓度等。

(2)渔获量信息。指渔船捕捞作业过程中统计的渔获量数据，包括种群、数量、坐标位置等。

(3)渔场预报。根据海况信息、渔获量信息和渔场预报模型等相关因子计算得到的渔场位置、面积、移动方向和发展趋势等信息。

(4)渔场要素。包括渔场的基本信息及相关政策规定，如渔场名称、范围、各国间的渔业协定，以及禁渔区、保护区等与捕捞作业相关的信息。

(5)基础底图。与捕捞作业相关的行政边界、海域、陆地、岛屿、海底地形等底图信息。

(6)标注信息。包括经纬度、渔场、等值线、等温线、等深线等相关渔业信息，以及基本的图名、图例、比例尺、制作单位和时间等。

2.2 数据采集

卫星遥感技术为海洋渔业发展提供了强有力的保证。应用卫星遥感技术可以进行对海洋表面生物和非生物信息的实时、动态、持续和大范围的同步检测，实现了渔业环境数据采集的时效性和同步性，保证了各类海洋渔业专题图制作的时空精确性［21］。使用卫星遥感技术收集的水温、叶绿素、海面高度和初级生产力等信息，结合渔业捕捞数据以及GIS空间分析功能在海洋渔场环境分析、渔情预报、渔业资源评估和渔业管理等方面得到了广泛应用［22-23］。世界范围内，海洋渔业卫星遥感技术发展较为完善的美国、日本、澳大利亚等国家，分别建立了完备的海洋渔业服务系统，定期为公司或渔民提供各类相关的渔情分析图［24］。在中国，20世纪80年代初东海水产研究所首次通过气象卫星红外云图提取海表水温数据，结合同期的现场环境监测和渔场生产信息综合分析，手工制作成黄、东海区渔海况速报图［25］，现已形成自动化的渔业服务系统，每周定时为渔民提供东太、东南、西太平洋和印度洋的海况及渔情预报图。

2.3 编制原则

海洋渔业专题图包含内容较多，各类专题图的侧重也有差别。但总体上每类专题图的编制都要遵循以下原则:(1)真实性。数据的真实性是科学研究的必要保证。(2)完整性。各类海洋渔业专题图能够完整地展示研究对象的性质和特点。(3)统一规范。现行的海洋渔业专题图绘制比较随意，缺乏统一性和规范性。

2.4 制作流程

(1)确定对象，收集资料。掌握研究对象生命史过程中生物学特性及其与环境的关系，收集渔获量统计数据和相关的政策法规等信息。

(2)数据分析。确定数据处理的模型方法和绘制专题图类型，并借助相关软件进行规范化制图。

(3)验证和修订。利用新数据验证结果，若存在误差则需修订和完善，若误差较大则重新处理并绘制新的专题图。

2.5 编制工具

目前，国内用于海洋渔业专题图绘制的常见软件有 GIS、Marine Explorer、MATLAB、R语言等，其中GIS作为一种高效的时空分析工具，于1980年末应用于海洋渔业领域，并在渔海况数据采集与分析、渔业资源与海洋环境关系、水产养殖选址、渔业资源评估与分析、渔情预报等方面得到了广泛应用［26］。海洋渔业地理信息系统的快速发展推进了海洋渔业专题图绘制的革命性转变，催生了大批基于GIS的渔业研究。田思泉等［27］利用GIS和广义可加模型分析了各海洋环境因子与西北太平洋柔鱼资源丰度时空分布的关系，可推测不同月份柔鱼资源丰度空间的分布情况。郑丽丽等［28］基于GIS研究了西南大西洋阿根廷滑柔鱼渔场叶绿素a分布及其与渔场的关系。季民等［29］开发了“海洋渔业服务电子图集创作与阅读系统”并据此创建了以东海为示范区的海洋渔业服务电子图集。Marine Explorer是由日本开发的一款专业的渔业系统管理软件，可供渔业数据处理和管理使用，该软件依托良好的性能和便捷的可视化表达功能而被广泛使用。MATLAB、R语言等因为拥有良好的绘图功能或强大的数据分析性能也常被用于海洋渔业制图。

2.6 专题图的发布

随着远洋渔业的发展，远洋渔情分析和渔场预报逐渐成为一种需求。中国最早于20世纪60年代根据收集到的渔业资料展开了渔业资源评估和渔汛预报，并以信函、传真、语言报告等多种形式向渔民发布，传统发布方式的范围受限、时效性差，不能满足生产和研究需要。伴随互联网技术的发展，各种基于卫星遥感和Web环境构建的渔海况信息平台成为发布渔情分析和渔场预报图的主要方式，其优点在于传播速度快、范围广，无时空限制，易于获取，预报的结果也较为直观科学［24］。海洋渔业专题图的发布内容主要包括渔场位置、渔场周围的温度、叶绿素、海流、海表面异常等信息。

3 现状与展望

3.1 现状

3．1．1 缺乏规范和分类 海洋渔业专题图因其包含范围广、类型多略显庞杂，相比地理类专题地图，海洋渔业专题图缺少明确的地图符号、制图规范和分类标准。在地图符号方面，现有的海洋渔业专题图大都为了辅助相应的课题和项目而作，彼此间独立性较强，缺乏联系和统一，其明显特点是各类专题图的符号使用较随意，辨识度不高。例如渔获统计图中的产量分布和作业网次，基本都用相同的圆圈符号或菱形符号，这主要由制图者主观决定，作为地图的阅读者若没有图例的支持，则很难判读该类符号所表达的含义，即地图缺乏自明性。在制图规范方面，海洋渔业专题图研究对象的空间分布范围较广且流动性大，在地图的分辨率和比例尺方面的要求相对较低，符号和精度都影响了其制作的规范性。分类方面，虽然目前海洋渔业专题图的数目和种类比较繁多，但由于相关研究较少，仍然缺乏公认的分类标准。

3．1．2 资源利用不合理 随着3S技术和计算机网络技术的发展，海洋渔业在信息的获取、处理、模拟分析和可视化表达方面已取得较大突破，正在不断地推进渔业资源与环境的信息化、渔业生产与管理的信息化、渔业科教信息化与渔业水产品的信息化。中国已建成了一批实用数据库和信息系统，如全国渔业区划数据库、渔业统计数据库、海洋渔业生物资源数据库等，而有关海洋渔业专题图系统并不多，仅季民等［29］设计了“海洋渔业服务电子图集创作与阅读系统”。海洋渔业专题图可以充分展示海洋渔业数据的内容，形成可视化信息，结合互联网的专题图制作发布系统，可提高专题图应用的时效性。从宏观角度看，在大数据库的支撑下众多的渔业资源是可共享的，专题图的制作和发布流程也是相似的。如何借助信息技术将资源进行有效整合，提高海洋渔业专题图的制作和发布效率以及应用价值，是其发展的又一个难题。

3.2 展望

海洋渔业专题图综合化的表达优势使其能为捕捞作业提供科学的渔场预测，为捕捞船只提供最佳的航行路线，从而减少捕捞的盲目性。海洋渔业专题图对渔业资源管理、促进学科发展和建设具有重要意义，其未来应向标准化、信息化、集成化和一体化的方向发展。标准化是要有统一的符号系统、规范的表达方式和明确的分类标准，从而提高地图的自明性;信息化是要借助3S技术和计算机网络等科学技术进行渔业相关信息的采集、处理、分析、存贮、传输等，保证数据采集的精确性和共享性;集成化是指开发专业的海洋渔业专题图系统，并将其作为子系统并入已有的和即将建立的海洋渔业资源数据库系统，集大数据库的优势为一体，提高海洋渔业专题图制作的高效性;一体化则要求海洋渔业专题图的设计编绘以及发布过程是一体的，以保证其时效性。

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