基于灰色預(yù)測(cè)模型的魚類遷徙研究

張賀凱 周姍姍 修冬雪

摘 要：鯡魚和鯖魚是北海漁場(chǎng)重要經(jīng)濟(jì)魚種，近年來，全球變暖導(dǎo)致海水溫度升高。在這種情況下，適應(yīng)較冷水域的鯡魚和鯖魚只能向北方遷徙尋找更適宜溫度的海域。研究鯡魚和鯖魚遷徙問題有利于漁業(yè)公司預(yù)測(cè)并采取措施減少損失。首先，通過1994年和2020年的魚群位置數(shù)據(jù)，使用灰色模型預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)出未來五十年的魚群的大致位置。然后為了證明魚群遷徙對(duì)漁業(yè)公司的可持續(xù)發(fā)展不利，我們根據(jù)海水變化速率不同的情況來討論最佳和最優(yōu)解。我們使用Topsis分析模型來預(yù)測(cè)海水溫度的變化與時(shí)間的關(guān)系，同時(shí)我們考慮自然狀態(tài)下魚的回游情況，并用緯度——溫度模型確定魚群進(jìn)行一次位移遷徙所經(jīng)過的距離，我們還通過漁船-時(shí)間模型確定漁業(yè)公司捕魚范圍，得在此范圍的，魚離開捕魚海域的最佳情況，和最劣情況花費(fèi)的時(shí)間。最后，我們利用了收益-位移-時(shí)間模型，同時(shí)結(jié)合前面的數(shù)據(jù)，提供在近五十年內(nèi)漁業(yè)公司的最大獲利方案。

關(guān)鍵詞：漁業(yè)資源;全球變暖;遷徙;漁船改造

1.引言

東北大西洋是世界著名的漁業(yè)高產(chǎn)地區(qū)，近年來平均漁業(yè)捕獲量在800萬噸左右，而其中北海漁場(chǎng)是主要的作業(yè)漁場(chǎng)，也是聞名世界的四大漁場(chǎng)之一，地處北大西洋暖流和北極寒流的交接出，由于暖流與寒流的共同作用下，其漁業(yè)資源豐富，尤其以鯡魚和鱈魚兩種經(jīng)濟(jì)魚種而聞名[1]。隨著20世紀(jì)50年代以來海洋漁業(yè)的發(fā)展，北海漁場(chǎng)對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)的推動(dòng)帶來了顯著性的效果[2]。自2006年以來，人類對(duì)化石能源的依賴加劇，間接導(dǎo)致全球變暖，也使海水的平均溫度升高，由于鯡魚和鯖魚對(duì)蘇格蘭原海域的持續(xù)升高的海水溫度不適應(yīng)，他們便向更北方的低水溫遷徙。但是鯡魚和鯖魚作為兩種重要的經(jīng)濟(jì)作用魚，它們遷徙無疑會(huì)給當(dāng)?shù)氐臐O業(yè)帶來巨大損失，因此，我們必須采取一定量的措施來減少漁民的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

2.確定魚群的位置

經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)查分析可知在北海漁場(chǎng)所捕獲魚的種類及數(shù)量，1994年一月在（40N，10W）時(shí)捕撈鯡魚較多在（50N，20W）捕撈鯖魚較多，假設(shè)在5℃時(shí)是鯡魚的遷徙溫度，6℃為鯖魚遷徙溫度。按照此項(xiàng)數(shù)據(jù)可得到截止于2020年1月，鯡魚在（45N，40W）區(qū)域，鯖魚在（54N，30W）附近的區(qū)域。通過灰色預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)未來50年對(duì)應(yīng)海域的溫度可得出（45N，40W）區(qū)域的預(yù)測(cè)溫度為5.72℃;（54N，30W）區(qū)域的預(yù)測(cè)溫度為6.88℃進(jìn)而預(yù)測(cè)鯡魚在五十年后更可能在（50N，40W）附近，鯖魚更可能在（60N，30W）附近。

3.魚群所需要的遷徙時(shí)間——收益模型

3.1 最優(yōu)情況

由于我們要知道魚群從3℃適宜的海水，到到達(dá)遷徙條件6℃時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，即我們根據(jù)Lotitics模型類比于海水溫度的增長(zhǎng)，此時(shí)求出從3℃到6℃溫度變化所需要的時(shí)間 1即如公式一，公式二所示所示。聯(lián)立1，2，得出公式三。對(duì)于最優(yōu)情況，我們還得到魚群遷徙模型，并考慮魚每年進(jìn)行的回流過程，得出一年之內(nèi)魚所走的凈路程為 ，設(shè)魚群每年向北方去的時(shí)間為4個(gè)月，在北方停留的的時(shí)間為4個(gè)月，從北方回來的時(shí)間4個(gè)月，得到方程：T+0.6=3

能得到，位置2在一年前的溫度值，跟據(jù)緯度溫度模型求出 設(shè)蘇格蘭海域未離開當(dāng)前位置能捕魚的范圍為d，根據(jù)公式二，我們便能得出魚群離開蘇格蘭海域所消耗的時(shí)間N。

3.2 最劣情況

我們可以假設(shè)二氧化碳的排放速率加重，導(dǎo)致一年之內(nèi)水溫上升速率變化極快，此時(shí)魚群離開蘇格蘭捕魚區(qū)域所經(jīng)過的時(shí)間快，期間魚回游的凈范圍，已經(jīng)跨過了蘇格蘭海域的捕魚范圍，同時(shí)，我們可以根據(jù)公式三，計(jì)算魚群回游到蘇格蘭漁場(chǎng)捕魚邊境時(shí)，海水溫度為3℃所經(jīng)歷的時(shí)間 2即為所求。此方案為最差方案，但這種惡劣變化取決于二氧化碳的年排放量對(duì)全球變暖的影響，我們假設(shè)二氧化碳增長(zhǎng)速率以‘聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約成立前的二氧化碳增長(zhǎng)速率增長(zhǎng)。

我們推算蘇格蘭原居民所能網(wǎng)捕魚的大致范圍是（53N，56N），同時(shí)我們還考慮漁船對(duì)捕魚的影響情況即漁船在保證貨物新鮮度的最大行走距離為600千米，即漁民所能捕魚的范圍是1500千米。

4.對(duì)應(yīng)公司收益量減少所提供的方案

我們選擇使用改造漁船的方式進(jìn)行遠(yuǎn)海捕撈，設(shè)x為改造的船行走一年所消耗的油量，設(shè)y為改造的船在一年的遠(yuǎn)程捕撈過程中所獲得的收益，X=21萬元，Y=40萬元即通過改造漁船的規(guī)模的方法所收獲的盈利為：W=Y-X=21（萬元）

同時(shí)我們也可以具體得出轉(zhuǎn)移資產(chǎn)的盈利情況，假設(shè)轉(zhuǎn)移資產(chǎn)時(shí)漁業(yè)設(shè)備基本不變，即漁船的設(shè)備不具備保鮮能力，我們假設(shè)小漁船的體積是大漁船體積的一半，能耗也是到漁船體積的一半。根據(jù)資料，我們已知魚兒遷徙的最遠(yuǎn)距離為3000千米我們即能得出此時(shí)情況下的獲利情況為：

這種情況是我們?cè)趪?guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移資產(chǎn)的情況，我們還討論要將部分資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到國(guó)外的情況，此時(shí)捕魚量會(huì)比在原英格蘭海的捕魚量大。此時(shí)我們的收益情況是：

通過計(jì)算，我們可以得到漁船改造是最好的方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊欣，蘇華，黎文娥，黃琳瑾，汪小欽，嚴(yán)曉海. 全球海洋次表層溫度異常遙感反演的季節(jié)時(shí)空變化特征[J]. 遙感學(xué)報(bào)，2019，23（05）：997-1010.

[2] 郭起豪. 海洋溫度變化會(huì)調(diào)整全球變暖“步調(diào)”嗎？[N]. 中國(guó)氣象報(bào)，2017.06.

[3] 楊林林. 海洋熱數(shù)據(jù)有助于發(fā)現(xiàn)魚類遷徙的秘密[J]. 漁業(yè)信息與戰(zhàn)略，2016，31（01）：73-74.