長島海帶養殖海域海表溫度遙感監測分析

張佳澤 孫月瑩 張勝茂 張收元 鄒國華

摘要：海帶富含營養物質，屬于高經濟價值養殖的藻類，海表溫度是影響海帶產量的主要因素之一。文章對長島海帶養殖海域南北方向樣本點1～4，東西方向樣本點5～8，利用GEE編程提取MODIS-Terra的L3SMI的海表溫度，按月計算各像素的平均值。分析結果顯示2019年4～9月樣本點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5～8同月溫度差距最大為1℃，在4～9月，東面樣本點海域溫度低于西面樣本點海域溫度，其他月份東面樣本點海域溫度高于西面。

關鍵詞：長島;海帶養殖;海表溫度;遙感

中圖分類號：S973? ? ? 文獻標識碼：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，具有很高的經濟價值，在我國有較大的養殖規模[1-2]。據統計，2020年我國藻類總產量為262萬t，海帶產量達到165萬t，占藻類總產量的63.15%[3]。海帶自然生長在亞寒帶，通常生長期為2到3年，我國采用筏式養殖技術，結合自然光全人工育苗，海帶養殖周期縮短為1年[4]。海帶生長通常經過幾個階段[5]，在幼齡期孢子體的形成從單細胞的受精卵開始，葉片薄而平滑，當長成海帶苗后需要在適合的海域環境中暫養，使其適應海水環境條件，達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。海帶苗種暫養筏架用竹竿制作，規格通常為9m 長寬的正方形，可暫養3～4簾海帶苗種。暫養一段時間后開始掛苗，掛苗是用吊繩直接將養殖繩掛到筏架上，一般采用平養法掛苗，苗繩斜平地掛于水層中。

山東是我國最大海帶養殖省份之一，2020年我國海帶養殖產量為50.92萬噸，占全國海藻產量的30.83%。長島海帶人工養殖較早，始于1958年，被漁家稱為“衣食父母”，為中國海帶之鄉[6]。長島位于遼東半島和山東半島之間，地理環境獨特，生態環境優良，水質清新，是我國海帶生產最為理想的養殖基地[7]。海水表面溫度海洋水文的一項基本要素[8]，是初級生產力分布重要影響因子[9]，有研究發現海帶葉長最大時水溫為11～14℃，葉寬最大時水溫為13～15℃[4]，遙感技術具有監測范圍大、瞬時成像、快速處理、迅速獲取信息和實施動態監測等優勢[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空變化信息提供參考。

2 數據與方法

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，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（表1） ，統計各點月平均海表溫度。

2.2 遙感數據

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

2.3 數據處理流程

利用GEE提取MODIS-Terra的海表溫度，首先根據經緯度設置1～8個樣本點對象，設置遙感數據源為MODIS-Terra的L3SMI，然后根據起止時間，獲取海表溫度遙感數據，計算月平均值，根據樣本點讀取數據，并轉換為數值型，便利讀取所有點的數據，在起止時間范圍的數據讀取完后以文件形式導出海表溫度數據（圖2） 。

3 結果與分析

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。

海帶在海上養殖過程經過凹凸期、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。這個時期葉片生長速度最快，含水量多，質地脆而嫩，極易折斷。春季，隨著海區水溫的升高（12℃） ，海帶進入厚成期，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，可以進行大規模的收獲。一般從4月中下旬開始，到8月中旬結束。

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

計算樣本點1～4各月平均值，然后計算各樣本點溫度與平均值的差（圖4） ，2019年4～9月樣本點1～4溫度差異較大，最大各點最大差值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”前后陸續成熟[6]，每年5～7月是長島海帶收獲季節，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，長島產的海帶厚實，而福建產的海帶薄一些。

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

4 結束語

海帶養殖過程經過掛苗、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，利用GEE編程提取MODIS-Terra的L3SMI的海表溫度，按月計算各像素的平均值。每年5～7月是長島海帶收獲季節，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。東面樣本點海域溫度低于西面樣本點海域溫度，其他月份東面樣本點海域溫度高于西面樣本點海域溫度，因此長島東面海域的海帶略早熟于西面海域。

參考文獻：

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收稿日期：2022-02-25

基金項目：山東省農業農村廳政府購買服務計劃（項目編號：SDGPPS2020C（260001）013）

作者簡介：張佳澤（1998—），男，碩士，研究方向為漁業信息、軟件工程;孫月瑩（1999—） ，女，碩士，研究方向為漁業信息;張勝茂（1976—），男，通信作者，研究員，博士，研究方向為漁業數據挖掘、魚類圖像分析等領域;張收元（1978—），男，碩士，研究方向為水產養殖、漁業統計;鄒國華（1979—） ，學士，研究方向為漁業信息化、數據分析。