鄂州市不同天氣條件對水產(chǎn)養(yǎng)殖水溫的影響

洪 濤，王 保，劉可群，湯 陽，姜 潤，王曉芳

（1.鄂州市氣象局，湖北鄂州 436000；2.武漢區(qū)域氣候中心，武漢 430074；3.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，武漢 430064）

水溫是水生態(tài)的重要指標(biāo)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖具有重要影響。王錦旗等［1］指出水溫變化會影響水體中魚類的生產(chǎn)、生長發(fā)育。王康等［2］、蔡玉鵬等［3］指出水溫降低會導(dǎo)致魚類的繁殖期推遲。張先炳等［4］指出水溫對魚類的生命活動有影響，對繁殖和生長影響較大。水溫除了受所在地理位置、池塘面積、池塘深度和水中浮游植物等影響外，很大程度上取決于當(dāng)?shù)貧庀髼l件［5，6］。因此，研究水產(chǎn)養(yǎng)殖水溫與氣象條件關(guān)系及其變化特征，對水產(chǎn)養(yǎng)殖科學(xué)管理和提質(zhì)增效具有重要意義。

影響天然水溫的主要?dú)庀笠蜃影鉁?、太陽輻射、相對濕度、風(fēng)速［7］。白倩倩等［8］的研究結(jié)果表明，不同季節(jié)的平均水溫和平均氣溫均存在周期變化，氣溫與水溫的相關(guān)性最強(qiáng)。通常氣溫日變化幅度明顯高于表層水溫［9］。此外，水溫對氣溫的響應(yīng)程度受水層深度限制。高珊珊等［10］分析了1975—2018 年奧奈達(dá)湖不同水層水溫和氣溫變化特征，發(fā)現(xiàn)在相同氣候背景下，隨著水深增加，水溫對氣溫敏感程度逐漸減弱。為了更好揭示氣溫和水溫的關(guān)系，有學(xué)者以氣溫作為影響水溫的主要?dú)庀笠蜃?，提出水溫預(yù)測模型［11，12］。陳磊等［13］以氣溫為預(yù)報(bào)變量，建立平均水溫、最高水溫和最低水溫的預(yù)報(bào)模型，準(zhǔn)確預(yù)測水產(chǎn)種植養(yǎng)殖水溫變化。羅偉等［14］采用逐步回歸分析建立夏季典型晴天狀況下魚塘各層平均水溫、最高水溫預(yù)報(bào)模型，實(shí)現(xiàn)夏季魚塘水溫預(yù)報(bào)。

已有研究對水溫隨氣溫的變化情況做了詳細(xì)分析，但是不同天氣條件（晴天、多云到少云、寡照、雨天）下不同水層水溫變化特征，特別是極端天氣下水溫變化規(guī)律還不清楚。本研究旨在揭示不同天氣條件下水溫變化過程，特別是2022 年罕見的連續(xù)高溫天氣對水溫的影響，從而為水產(chǎn)健康養(yǎng)殖和模型預(yù)測提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

4—10 月是漁事活動的關(guān)鍵期，本研究選擇2022 年4—10 月鄂州市的氣象資料和鄂州市鄂城區(qū)杜山鎮(zhèn)武昌魚原種場（杜山）基地（114°47′E，30°22′N）漁塘的水溫作為主要研究對象。

1.1 氣象數(shù)據(jù)

2022 年4 月1 日至10 月31 日氣象資料（逐日氣溫、逐小時氣溫、降水量和風(fēng)速）來自杜山鎮(zhèn)自動氣象站（站號Q8915）、鄂州國家氣象站（站號57496），數(shù)據(jù)由湖北省信息保障中心提供。

1.2 水溫?cái)?shù)據(jù)

杜山鎮(zhèn)武昌魚原種場（杜山）基地漁塘水溫采用水體生態(tài)監(jiān)測儀（北京智陽科技有限公司））進(jìn)行記錄，測定水層深度分別為30、50、80、120、150 cm，采集頻率為每5 min 采集1 次數(shù)據(jù)。

1.3 天氣類型劃分規(guī)則

對杜山鎮(zhèn)自動氣象站和鄂州國家氣象站20 時至次日20 時雨量資料進(jìn)行篩選，再通過日照率將晴天、多云到少云、寡照篩選出來。按照日照率（S）將天氣分為晴天（S≥60%）、多云到少云（20%

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 軟件統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Origin 軟件進(jìn)行制圖，R 語言（3.6.1）進(jìn)行PCA 雙序圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 晴天漁塘水溫變化特征

杜山鎮(zhèn)武昌魚原種場（杜山）基地漁塘晴天條件下2022 年4—10 月的逐小時水溫、氣溫和風(fēng)速變化情況見圖1。漁塘不同水層的水溫變化趨勢相同，日最低水溫一般出現(xiàn)在7：00—8：00，為28.6 ℃；隨著氣溫的升高，各層水溫快速增加，日最高水溫主要出現(xiàn)在16：00—20：00，為29.6~31.8 ℃。水體各層水溫峰值和谷值出現(xiàn)的時間均隨著水層深度的增加而延遲，且高溫天氣下水溫峰值和谷值的延遲比低溫天氣下的更明顯。150 cm 水層日最高水溫比30 cm水層日最高水溫延遲4 h。水溫日變化與水層密切相關(guān)，隨著水層深度減小，水溫日變化越明顯，30 cm水層水溫日較差最大（3.1 ℃），150 cm 水層水溫日較差最小（1.0 ℃）。

整體而言，氣溫快速升高，會增大漁塘各層水溫之間的差異。但是水溫對氣溫的響應(yīng)存在滯后效應(yīng)，氣溫谷值和峰值分別出現(xiàn)在6：00 和15：00，與氣溫相比水溫谷值和峰值氣溫分別滯后1~2 h 和1~5 h，滯后時間隨水層深度增加而增加。其中，晴天氣溫日較差為10.5 ℃，遠(yuǎn)大于水溫日較差。9：00之前，各層水溫均高于氣溫，隨著光照的增強(qiáng)，氣溫快速回升；10：00 后氣溫高于各層水溫，且一直維持到17：00，之后隨著氣溫的快速下降，水溫逐漸高于氣溫。從風(fēng)速變化來看，當(dāng)?shù)惋L(fēng)速時，各層水體的水溫差異較小。隨著風(fēng)速逐漸增大，各層水溫差異逐漸增大，且風(fēng)速的最大值出現(xiàn)時間較水溫的最大值出現(xiàn)時間有所提前。這可能是因?yàn)榍缣煲归g風(fēng)速小的時候以湍流輻射降溫為主，而白天風(fēng)速大的時候容易形成對流，對冷暖空氣有一定的混合作用。

對于晴天不同月份漁塘水溫變化而言，各水層水溫最大值、最小值和平均值的最大值均出現(xiàn)在8月（表1），與氣溫峰值出現(xiàn)時期一致，說明水溫可能主要受氣溫影響。從8 月各層水溫的平均值來看，各層水溫均超過35.0 ℃。水溫平均值的最大值出現(xiàn)在30 cm 水層，為36.7 ℃。6—8 月漁塘各層水溫的平均值均超過30.0 ℃，超出了大部分水產(chǎn)動物適宜生長的水溫，不利于其生長、攝食。從各月水溫的日較差來看，越靠近水面，日較差越大，日較差的最大值出現(xiàn)在8 月的30 cm 水層，為3.7 ℃；日較差最小值出現(xiàn)在10 月的80、120、150 cm 水層，分別為0.7 ℃。各層水溫的日較差最大值出現(xiàn)時間不一，越靠近表層，水溫的日較差最大值出現(xiàn)時間越接近8 月，80 cm 水層日較差的最大值出現(xiàn)在4、5 月，120、150 cm 水層日較差的最大值出現(xiàn)在6 月。總體來說，4—10 月晴天條件下水溫日較差相對較低，對水產(chǎn)動物活動影響較小。

表1 2022 年4—10 月晴天條件下漁塘水溫變化（單位：℃）

2022 年湖北省經(jīng)歷了長時間的高溫天氣，為進(jìn)一步了解極端高溫天氣對水產(chǎn)動物的影響，分析2022 年8 月4—21 日高溫連晴階段各層水溫和氣溫的變化特征（圖2）。杜山鎮(zhèn)連續(xù)18 日高溫晴熱天氣，日最高氣溫均超過37 ℃。從水溫逐日演變看，漁塘各層水溫均超過35 ℃，淺水層水溫多日超過37 ℃，對魚類生存和攝食不利。從水深觀測數(shù)據(jù)看，此階段池塘水深維持在1.63~1.65 m，根據(jù)水溫與水深的變化規(guī)律，預(yù)計(jì)整個漁塘的水溫較高。8月是魚類攝食旺盛、生長迅速的階段，但2022 年長時間的高溫晴熱天氣，造成過高的水溫，并不適宜魚類生存，久晴不雨還會導(dǎo)致魚病增多。此階段應(yīng)該提高水位，加注新水，改白天注水為夜間注水，同時加大水草覆蓋面積，可開增氧泵翻水，堅(jiān)持午后開機(jī)，減少魚類浮頭，同時要注意魚病的防治。

圖2 2022 年8 月杜山鎮(zhèn)水溫、氣溫的演變

2.2 多云到少云天氣漁塘水溫變化特征

多云到少云天氣條件下，漁塘各層水溫的變化趨勢與晴天基本相同，但是日變化幅度更?。▓D3）。各層水溫日較差為0.8~2.2 ℃，氣溫日較差為7.9 ℃，均小于晴天。

從多云到少云天氣漁塘不同月份的水溫分布（表2）來看，4—5 月水溫的平均值維持在20.6~24.0 ℃，較有利于魚類產(chǎn)卵、苗種培育繁殖等活動的進(jìn)行；6—8 月水溫的平均值均超過30.0 ℃，其中8 月水溫的平均值均超過35.0 ℃。此階段魚類逐漸進(jìn)入生長旺季，過高的水溫不適宜魚類快速生長，要勤開增氧機(jī)，經(jīng)常加注新水，不斷提高水位，適當(dāng)換去部分低層水；10 月水溫維持在18.5~20.0 ℃，溫度較適宜，此階段正值水產(chǎn)動物生長最適時期，攝食增加，生長加快，合適的水溫有利于其營養(yǎng)物質(zhì)積累，增加體重。

2.3 寡照漁塘水溫變化特征

從寡照漁塘的水溫變化特征（圖4）來看，寡照時各層水溫變化幅度更小，水溫日較差為0.6~1.0 ℃。從水溫和氣溫的分布來看，寡照氣溫日較差為5.7 ℃，小于晴天、多云到少云天氣。除150 cm 水層水溫在13：00—15：00 時低于氣溫外，其他各層水溫均高于氣溫，說明寡照時水體相當(dāng)于是個熱源。水溫對氣溫的變化滯后約1 h。從風(fēng)速的變化來看，寡照時風(fēng)速波動較大，對水溫的影響較小。

圖4 2022 年4—10 月寡照氣溫、風(fēng)速對漁塘不同水層水溫的影響

從寡照漁塘不同月份的水溫分布（表3）來看，4—5 月水溫的平均值維持在20.2~26.1 ℃，較有利于繁殖和攝食活動的進(jìn)行；6 月水溫的平均值均超過30.0 ℃，高溫寡照，容易導(dǎo)致泛塘，不利于魚類生長，除了要加強(qiáng)巡塘，做好漁塘水質(zhì)管理外，還要及時開動增氧機(jī)增氧；9—10 月水溫維持在19.2~26.3 ℃，溫度較適宜，魚類吃食旺盛，耗氧量大，此階段要注意合理施肥，講究量少而精，同時寡照天氣注意控制好水質(zhì)。

表3 2022 年4—10 月寡照條件下漁塘水溫變化 （單位：℃）

2.4 雨天漁塘水溫變化特征

從雨天的水溫變化特征（圖5）來看，雨天水溫變化規(guī)律與寡照相似，漁塘各層的水溫變化幅度較小，表層變化幅度略大于底層，水溫的日較差為0.6~0.9 ℃。從水溫和氣溫的分布來看，雨天各層水溫均高于氣溫，且氣溫的日較差比寡照小，僅為3.6 ℃。從風(fēng)速的變化來看，雨天風(fēng)速波動較大，對水溫的影響較小。

圖5 2022 年4—10 月雨天氣溫、風(fēng)速對漁塘不同水層水溫的影響

從雨天漁塘不同月份的水溫分布（表4）來看，4—5 月水溫的平均值維持在22.9~25.7 ℃，較有利于繁殖和攝食活動的進(jìn)行；6—7 月水溫的平均值均超過30.0 ℃，雨天漁塘中含氧量低，容易導(dǎo)致泛塘，應(yīng)勤開增氧機(jī)，同時注意改善水質(zhì)；10 月各層水溫的平均值維持在20.3~20.4 ℃，溫度較適宜，魚類吃食旺盛，可適量投喂，合理施肥，注意改善水質(zhì)。

表4 2022 年4—10 月雨天條件下漁塘水溫變化 （單位：℃）

2.5 漁塘水溫變化特征

由圖6 可知，不同氣候條件下氣溫、風(fēng)速均與30、50 cm 水層水溫位于同一象限。其中，晴天、多云到少云和寡照條件下13：00—17：00，漁塘30、50 cm水層水溫與氣溫、風(fēng)速存在相似變化規(guī)律。雨天條件下13：00—19：00，30、50 cm 水層水溫與氣溫、風(fēng)速有相同變化趨勢，隨著氣溫、風(fēng)速升高而增加。通過氣溫、風(fēng)速和水溫PCA 雙序圖可知，氣溫、風(fēng)速與30、50 cm 水層水溫存在相似變化趨勢，并且無論何種天氣條件，每天13：00—17：00 的氣溫、風(fēng)速一定程度上可以用于預(yù)測淺水層（30、50 cm）水溫。

圖6 氣溫、風(fēng)速和水溫PCA 分析雙序圖

3 小結(jié)與討論

1）各層水溫、日變化幅度與天氣條件（晴天、多云到少云、寡照、雨天）密切相關(guān)?？傮w來說，各類天氣日最低水溫一般出現(xiàn)在7：00—8：00，日最高水溫一般出現(xiàn)在16：00—20：00。水深越深，水溫峰值和谷值出現(xiàn)時間越晚。

2）水溫變化幅度小于氣溫，最低水溫對氣溫的響應(yīng)滯后1~2 h，最高水溫對氣溫的響應(yīng)滯后1~5 h，高溫天氣條件下水溫滯后效應(yīng)更明顯。晴天、多云到少云天氣氣溫高于淺水層水溫的時長約為9 h 和7 h。寡照和雨天天氣淺水層水溫均高于氣溫，且雨天天氣水溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣溫。其中，雨天天氣各層水溫均高于氣溫，但中午前后水溫和氣溫差距減小。

3）風(fēng)速對水溫的影響主要表現(xiàn)在隨著風(fēng)速的增加，各水層的水溫差異增大，且風(fēng)速的最大值出現(xiàn)時間較水溫的最大值出現(xiàn)時間有所提前。

4）每天13：00—17：00 氣溫、風(fēng)速與30、50 cm 水層的水溫密切相關(guān)，可以通過氣溫、風(fēng)速變化預(yù)測漁塘淺水層水溫。