長島海帶養(yǎng)殖海域海表溫度遙感監(jiān)測分析

張佳澤 孫月瑩 張勝茂 張收元 鄒國華

摘要：海帶富含營養(yǎng)物質(zhì)，屬于高經(jīng)濟(jì)價(jià)值養(yǎng)殖的藻類，海表溫度是影響海帶產(chǎn)量的主要因素之一。文章對長島海帶養(yǎng)殖海域南北方向樣本點(diǎn)1～4，東西方向樣本點(diǎn)5～8，利用GEE編程提取MODIS-Terra的L3SMI的海表溫度，按月計(jì)算各像素的平均值。分析結(jié)果顯示2019年4～9月樣本點(diǎn)1～4溫度差異較大，最大差值為2℃。11、12月，1月、2月，南面的海域相比北面的海域溫度低，3～6月份相反。樣本點(diǎn)5～8同月溫度差距最大為1℃，在4～9月，東面樣本點(diǎn)海域溫度低于西面樣本點(diǎn)海域溫度，其他月份東面樣本點(diǎn)海域溫度高于西面。

關(guān)鍵詞：長島;海帶養(yǎng)殖;海表溫度;遙感

中圖分類號：S973? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）11-0092-03

1 引言

海帶（Laminaria japonica） 富含維生素B2、煙酸以及碘等多種微量元素，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在我國有較大的養(yǎng)殖規(guī)模[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國藻類總產(chǎn)量為262萬t，海帶產(chǎn)量達(dá)到165萬t，占藻類總產(chǎn)量的63.15%[3]。海帶自然生長在亞寒帶，通常生長期為2到3年，我國采用筏式養(yǎng)殖技術(shù)，結(jié)合自然光全人工育苗，海帶養(yǎng)殖周期縮短為1年[4]。海帶生長通常經(jīng)過幾個階段[5]，在幼齡期孢子體的形成從單細(xì)胞的受精卵開始，葉片薄而平滑，當(dāng)長成海帶苗后需要在適合的海域環(huán)境中暫養(yǎng)，使其適應(yīng)海水環(huán)境條件，達(dá)20cm左右后開始分苗，一般10月初至中旬出庫，10月底到11月上旬開始分苗。海帶苗種暫養(yǎng)筏架用竹竿制作，規(guī)格通常為9m 長寬的正方形，可暫養(yǎng)3～4簾海帶苗種。暫養(yǎng)一段時(shí)間后開始掛苗，掛苗是用吊繩直接將養(yǎng)殖繩掛到筏架上，一般采用平養(yǎng)法掛苗，苗繩斜平地掛于水層中。

山東是我國最大海帶養(yǎng)殖省份之一，2020年我國海帶養(yǎng)殖產(chǎn)量為50.92萬噸，占全國海藻產(chǎn)量的30.83%。長島海帶人工養(yǎng)殖較早，始于1958年，被漁家稱為“衣食父母”，為中國海帶之鄉(xiāng)[6]。長島位于遼東半島和山東半島之間，地理環(huán)境獨(dú)特，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，水質(zhì)清新，是我國海帶生產(chǎn)最為理想的養(yǎng)殖基地[7]。海水表面溫度海洋水文的一項(xiàng)基本要素[8]，是初級生產(chǎn)力分布重要影響因子[9]，有研究發(fā)現(xiàn)海帶葉長最大時(shí)水溫為11～14℃，葉寬最大時(shí)水溫為13～15℃[4]，遙感技術(shù)具有監(jiān)測范圍大、瞬時(shí)成像、快速處理、迅速獲取信息和實(shí)施動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)勢[10-11]，本文利用GEE（Google Earth Engine） 提取MODIS-Terra的L3SMI的海表溫度，為掌握長島海域海表溫度時(shí)空變化信息提供參考。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究范圍

長島地處渤海，由大小十八個島嶼組成，本文研究區(qū)域選擇長島所屬的幾個島嶼，主要包括北隍城、南隍城、大欽島、小欽島、砣子、北長山、南長山、大黑山等8個。

由北向南選擇南北隍城島、小欽島、大欽島、砣子島、南長山島附近海域的1～5個點(diǎn)，由東向西選擇南長山島、北長山島、廟島、大黑山島附近海域的5～8點(diǎn)（表1） ，統(tǒng)計(jì)各點(diǎn)月平均海表溫度。

2.2 遙感數(shù)據(jù)

海洋環(huán)境數(shù)據(jù)使用美國宇航局的中等分辨率成像光譜儀（MODIS） 反演的三級標(biāo)準(zhǔn)映射圖像產(chǎn)品（SMI，Standard Mapped Image Products） [12]，SMI產(chǎn)品是由地球的等距圓柱投影構(gòu)成的二維陣列，月平均數(shù)據(jù)是一個月中像素值在某個點(diǎn)處的平均值，選用MODIS-Terra的L3SMI海表溫度，數(shù)據(jù)空間分辨率為4 km（圖1a） ，數(shù)據(jù)插值后效果如圖1b。

2.3 數(shù)據(jù)處理流程

利用GEE提取MODIS-Terra的海表溫度，首先根據(jù)經(jīng)緯度設(shè)置1～8個樣本點(diǎn)對象，設(shè)置遙感數(shù)據(jù)源為MODIS-Terra的L3SMI，然后根據(jù)起止時(shí)間，獲取海表溫度遙感數(shù)據(jù)，計(jì)算月平均值，根據(jù)樣本點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)值型，便利讀取所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)，在起止時(shí)間范圍的數(shù)據(jù)讀取完后以文件形式導(dǎo)出海表溫度數(shù)據(jù)（圖2） 。

3 結(jié)果與分析

海帶原為冷水性海藻[13]，其生長溫度為0～13℃，以2～7℃為最適溫。長島海域各樣本點(diǎn)溫度變化范圍在3～26℃（表2） ，溫度最高值在8月，溫度最低值在2月。每年的11月份海帶夾苗，一顆顆夾在麻繩上，生長周期約為6個月，1～4月海表溫度在3～9℃，是最適合海帶生長月份。

海帶在海上養(yǎng)殖過程經(jīng)過凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期、衰老期（表3） 。海帶在薄嫩期（脆嫩期或平滑期） 海帶長到1m左右，生長部呈楔形，生長部及其新形成的組織使葉片厚度增加。這個時(shí)期葉片生長速度最快，含水量多，質(zhì)地脆而嫩，極易折斷。春季，隨著海區(qū)水溫的升高（12℃） ，海帶進(jìn)入厚成期，長度生長速度迅速下降，厚成期晚期海帶葉片梢部脫落速度大于海帶葉片增長速度，可以進(jìn)行大規(guī)模的收獲。一般從4月中下旬開始，到8月中旬結(jié)束。

2019年3～10月，在樣本點(diǎn)5～8海表溫度高于本點(diǎn)1～4，其他月份（圖3） ，樣本點(diǎn)5～8海表溫度低于樣本點(diǎn)1～4，最低值都在2月份，最高值都在8月份。

計(jì)算樣本點(diǎn)1～4各月平均值，然后計(jì)算各樣本點(diǎn)溫度與平均值的差（圖4） ，2019年4～9月樣本點(diǎn)1～4溫度差異較大，最大各點(diǎn)最大差值2℃。11、12月，1月、2月，南面的海域相比北面的海域溫度低，3～6月份相反。長島海島一般“五一”前后陸續(xù)成熟[6]，每年5～7月是長島海帶收獲季節(jié)，長島南面海域比北面海域升溫早，因此海帶南面早于北面海域先熟。海帶的薄厚與生長期有關(guān)，長島產(chǎn)的海帶厚實(shí)，而福建產(chǎn)的海帶薄一些。

樣本點(diǎn)5～8各月海表溫度平均值的差（圖5） ，同月樣本點(diǎn)溫度差距最大為1℃，在4～9月，東面樣本點(diǎn)海域溫度低于西面樣本點(diǎn)海域溫度，其他月份東面樣本點(diǎn)海域溫度高于西面樣本點(diǎn)海域溫度，因此長島東面海域的海帶略早熟于西面海域。

4 結(jié)束語

海帶養(yǎng)殖過程經(jīng)過掛苗、凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期、衰老期等階段，其生長過程受海表溫度影響較大。本文對長島的北隍城、南隍城、大欽島、小欽島、砣子、北長山、南長山、大黑山附近海域樣本點(diǎn)，利用GEE編程提取MODIS-Terra的L3SMI的海表溫度，按月計(jì)算各像素的平均值。每年5～7月是長島海帶收獲季節(jié)，長島南面海域比北面海域升溫早，因此海帶南面早于北面海域先熟。東面樣本點(diǎn)海域溫度低于西面樣本點(diǎn)海域溫度，其他月份東面樣本點(diǎn)海域溫度高于西面樣本點(diǎn)海域溫度，因此長島東面海域的海帶略早熟于西面海域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜冰青，杜逢超，于寧.山東省海帶產(chǎn)業(yè)鏈增值路徑研究[J].中國漁業(yè)經(jīng)濟(jì)，2019，37（4）：67-76.

[2] 崔雪森，田曉清，康偉，等.基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微藻種類識別[J].上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，30（4）：710-717.

[3] 國家藻類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系.海帶產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告[J].中國水產(chǎn)，2021（8）：23-41.

[4] 王翔宇，宋洪澤，辛美麗，等.溫度對海帶幼孢子體后期的葉長、葉寬的影響[J].水產(chǎn)科學(xué)，2021，40（1）：96-102.

[5] 劉濤.海帶養(yǎng)殖技術(shù)[M].青島：中國海洋大學(xué)出版社，2019.

[6] 劉文權(quán)，袁克廷.當(dāng)春曬海帶[J].走向世界，2018（22）：80-81.

[7] 袁廷柱，劉凱，詹冬梅，等.長島海區(qū)海帶品種優(yōu)選試驗(yàn)[J].河北漁業(yè)，2020（10）：50-52，63.

[8] 吳磊，王彬，潘錫山，等.融合海表溫度產(chǎn)品在渤黃東海的對比分析及初步驗(yàn)證[J].海洋通報(bào)，2020，39（6）：657-668.

[9] 鄭貴洲，熊良超，廖艷雯，等.利用MODIS數(shù)據(jù)反演南海南部海表溫度及時(shí)空變化分析[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2020，35（1）：132-140.

[10] 伍玉梅，王芮，程田飛，等.基于衛(wèi)星遙感的赤潮信息提取研究進(jìn)展[J].漁業(yè)信息與戰(zhàn)略，2019，34（3）：214-220.

[11] 吳祖立，張勝茂，戴陽，等.空間信息技術(shù)在海洋牧場中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].海洋漁業(yè)，2019，41（6）：753-762.

[12] 張勝茂，常衛(wèi)東，王斐，等.基于GEE的東海漁場長時(shí)間序列環(huán)境分析[J].電腦與信息技術(shù)，2021，29（1）：17-20.

[13] 陳思旺，許凱，王文磊，等.南日島養(yǎng)殖海帶的生長、碳氮磷元素含量及對海水顆粒和溶解有機(jī)物的影響[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2020，44（8）：1306-1316.

收稿日期：2022-02-25

基金項(xiàng)目：山東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳政府購買服務(wù)計(jì)劃（項(xiàng)目編號：SDGPPS2020C（260001）013）

作者簡介：張佳澤（1998—），男，碩士，研究方向?yàn)闈O業(yè)信息、軟件工程;孫月瑩（1999—） ，女，碩士，研究方向?yàn)闈O業(yè)信息;張勝茂（1976—），男，通信作者，研究員，博士，研究方向?yàn)闈O業(yè)數(shù)據(jù)挖掘、魚類圖像分析等領(lǐng)域;張收元（1978—），男，碩士，研究方向?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)統(tǒng)計(jì);鄒國華（1979—） ，學(xué)士，研究方向?yàn)闈O業(yè)信息化、數(shù)據(jù)分析。