2021年上海理工大学 “气候变化对海洋生态动力学的影响”第二届学术研讨会

为了交流气候变化背景下海洋生态系统研究的最新进展和发展动态，促进我校与东海水产研究所及国内外相关领域专家的学术交流与合作，决定举办“2021年气候变化对海洋生态动力学的影响”第二届学术研讨会。会议将以近海生态系统（如东海生态系统）为对象，深入探讨气候变化导致的物理、化学、生物过程对海洋生态系统的影响和生态系统的响应和反馈机制，为广大师生提供一个交流和学习的平台，欢迎届时参加。

1. 会议时间

2021年11月09日

2. 会议地点  

  军工路334号 上海理工大学理学院一楼会议室

3. 组织委员会  

  樊 伟  蒋科技  周 进  杨胜龙  沈盎绿  原三领  赵佃立

4. 会务组成员  

周为峰  陆秋君  樊亚莉  张 伏  王 娟  段西超  彭伟敏

联系方式:段西超 13122367350;  Email: duanxichao508@163.com

主办单位：上海理工大学理学院

协办单位：中国水产科学研究院东海水产研究所

2021年11月5日

会议日程安排表

附1：专家简介

樊 伟  博士，中国水产科学研究院东海水产研究所研究员，现任中国水产科学研究院东海水产研究所渔业遥感与信息技术实验室主任，兼任上海海洋大学博士生导师。主要从事遥感等空间信息技术的渔业应用研究，曾获国家科技进步二等奖2项及省部级奖励2项。是农业农村部科研杰出人才及创新团队“渔业资源遥感与信息技术创新团队”的负责人，中国水产科学研究院渔业遥感技术及数字渔业创新团队的首席科学家。

王 皓   Hao Wang is a full professor at the University of Alberta. He has fulfilled many significant research accomplishments in the areas of stoichiometric modeling, microbiology, ecotoxicology, species invasion, animal movement, and infectious diseases. He is currently leading a group of 20 postdocs and graduate students, funded by several NSERC grants. Successful examples of his past PhD students and postdocs include four professors in Canada, United States, China, and Korea, as well as a few postdocs in top universities. Because of his exceptional mentoring record, he has received FGSR Great Supervisor Award and Josephine Mitchell Mentoring Award. Due to his excellent research record, he has received NSERC Discovery Accelerator Supplement Award and some early career awards.

蒋科技 博士，中国水产科学研究院东海水产研究所副研究员。主要从事生物技术在水生生物繁育、养殖、品质控制，生态适应与环境互作，渔业资源养护与增殖中的应用研究，涉及功能基因对种质、行为的决定与生态调控作用等。2001年毕业于复旦大学生命科学学院，获生物学学士学位；2007年毕业于复旦大学遗传工程国家重点实验室，获遗传学博士学位。2013年-2014年在University of California, San Francisco从事基因编辑技术与生物行为调控合作研究。曾主持国家自然基金项目2项、国家重点研发计划项目子课题1项、中央级公益性科研院所基本科研业务费项目4项、国际合作课题3项、中国水产科学研究院重点开放实验室开放课题1项，参与国家级项目8项，省部级项目3项；参编专著1部；累计发表论文100余篇。获得授权发明专利40项，其中以第一发明人获得授权发明专利11项；获得省部级奖励4项，中国水产科学研究院科技进步奖2项；上海市专利管理工程师。

周 进  博士，中国水产科学研究院东海水产研究所研究员，渔业生态环境实验室副主任。现任中国生态学会海洋生态专业委员会委员，国际多毛类动物研究学会高级会员，中国水产科学研究院“百名科技英才培育计划”首批入选人员。主要从事海洋底栖生态学、海洋生物多样性和海洋建设工程资源与环境效应等方面研究，近年来在中国沿海多毛类动物物种多样性以及海水养殖、海上风电工程建设环境效应减缓与修复等领域开展了部分创新性工作。先后主持国家自然科学基金重大项目子课题、面上项目和青年科学基金项目、农业农村部财政专项等科研任务20余项，第1作者或通讯作者发表研究论文20余篇，第1申请人授权各类专利7项，荣获中国水产科学研究院科技进步二等奖和全国渔业生态环境监测工作优秀监测成果三等奖各1次。

沈盎绿  博士，副教授。2004年进入中国水产科学研究院东海水产研究所工作，2007年取得环境影响评价工程师资格，2016年至2017年日本名古屋大学国家公派访学主修海洋赤潮水色遥感，2018年11月起在上海海洋大学海洋生态与环境学院任职。主要研究从事浮游生物对河口海岸环境变化的响应机制和环境影响评价以及渔业资源专题调查与评价等工作。工作至今作为主要参与人员和出海首席负责多项海洋工程项目对渔业资源生态环境调查工作并主持和参与多项环境影响报告书（表）。主持或参与国家自然科学基金项目3项、省部级项目多项。发表论文90余篇（SCI 10余篇），专著1部，授权专利5项。承担《环境评价与规划》和《水域生态学》课程的教学任务。

杨胜龙  博士，中国水产科学研究院东海水产研究所副研究员，中国水产科学研究院百名科技英才培育计划人选，上海海洋大学硕士生导师。主要从事远洋渔场海洋环境特征计算和分析、远洋鱼类栖息环境研究和中心渔场预报模型构建。主持国家自然基金、上海自然基金、上海科委科创行动子课题和基本业务费等项目6项，参加国家科技支撑项目、国家“863”计划和重点研发计划项目共20项。第一作者发表SCI/EI和中文核心论文论文40余篇，著作2本，授权国家专利4项，软件著作权3项。多次获中国水产科学研究院科技进步奖、中国水产学会范蠡科学技术奖和上海海洋科学进步奖。

周为峰  博士，中国水产科学研究院东海水产研究所副研究员，主要研究方向：远洋渔场遥感渔情获取；卫星遥感海洋渔业信息提取及应用；渔业信息服务技术。主持国家自然科学基金项目1项，国家科技支撑计划子课题1项，上海市自然科学基金项目1项，上海市创新行动计划项目子课题1项、国务院三峡办项目1项；在国内外学术期刊上共发表论文60余篇，申请专利10余项；曾获大禹水利科学技术奖三等奖、中华农业科技奖二等奖、中华农业科技奖优秀科技创新团队。

附2：报告摘要

海州湾中国明对虾营养生态特征研究：稳定同位素生态位方法

周 进

（中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090）

摘 要: 中国明对虾（Penaeus chinensis）是我国近海重要的经济虾类之一，近年来此物种的捕捞和养殖产量均维持在较为可观的数量水平。本研究基于稳定同位素生态位方法原理，利用生物体稳定同位素（δ¹³C和δ¹⁵N）数据，结合SIAR和SIBER模型方法研究海州湾水域内中国明对虾的食性、生态位特征和食物竞争格局。研究结论表明，双壳贝类是海州湾中国明对虾重要的食物来源之一，物种同时摄食底栖微藻和浮游植物，陆源有机物对其的食源贡献较小。利用SIAR模型的分析结果表明，底栖微藻在中国明对虾初级生产性食源组成中贡献最大（贡献率可达90%），浮游植物在食源中占比为10%。中国明对虾在海州湾生态系统中的营养级为3.1，与日本蟳（Charybdis japonica）以及日本关公蟹（Dorippe japonica）最为接近。SIBER模型分析结果显示，中国明对虾和日本关公蟹的贝叶斯标准椭圆面积（Bayesian standard ellipse area）相似，两者均大于日本蟳。表明中国明对虾和日本关公蟹生态位宽度较为接近，两者生态位宽度均大于日本蟳。中国明对虾与日本蟳和日本关公蟹贝叶斯标准椭圆的重合面积分别为98.5%和86.5%，表明三者之间存在较为剧烈的食物竞争关系。综上，基于营养生态学角度分析，海州湾区域内底栖微藻、软体贝类等食源及日本蟳和日本关公蟹等竞争物种的数量是影响区域内中国明对虾种群数量的重要因素。

Stoichiometric phytoplankton dynamics and niche differentiation in the light spectrum

Hao Wang

(University of Alberta, Edmonton, Alberta, T6G 2G1, Canada)

Abstract: Algal blooms are becoming a global concern due to the increasing prevalence of eutrophication. Often, algae and bacteria interact, within the well-mixed epilimnion, in a loose commensalistic way. Here we analyze stoichiometric models for algal dynamics and for bacteria-algae dynamics. The algae-only dynamics exhibit rich transient behavior, and the driving biological mechanisms are studied and understood via a multiple time-scale analysis. We use these models to make specific predictions about how the relative balance of algae and bacteria should change in response to varied nutrient and light availability. The bacteria-algae model successfully reproduces empirical respiration data. In the second part of my talk, I will present our recent work on light wavelength spectra as to when coexistence of many phytoplankton species is expected based on the degree of niche differentiation and overall turbidity of the water.

The influence of different types of algal blooms on the community structure of

mesozooplankton in the East China Sea

Anglu Shen, Wenwen Chen

(Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, P.R. China)

Abstract: In recent years, the frequent and large-scale algal blooms in the East China Sea have brought great negative effects on the marine ecosystem, but there were few studies on the effects of different types of algal blooms on the community structure of mesozooplankton. We hypothesized that different types of algal blooms had significant impacts on the community structure of mesozooplankton. In this study, the effects of Skeletonema costatum blooms in April 2018 as well as Gnoyaulax spinifera blooms and diatom (Chaetoceros lorenzianus and Rhizosolenia alata f. gracillima) bloom in June 2019 on mesozooplankton community structure were investigated. In this survey, our research results suggested that there were no significant differences in abundance, number of species, groups, dominant species and diversity between bloom stations and non-bloom stations (P > 0.05) which indicated neither diatom (S. costatum, C. lorenzianus and R. alata f. gracillima) bloom nor dinoflagellate G. spinifera bloom had a significant impact on the community structure of mesozooplankton. These findings showed that the non-toxic diatom bloom and even the toxin producing dinoflagellate bloom did not necessarily have a significant impact on the structure of mesozooplankton community.

基于生态位模型的渔船作业行为分析

杨胜龙

（中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090）

认识人类捕捞活动空间模式对于渔业资源监测和管理很重要。基于生态系统的渔业管理必须了解捕捞活动影响，如栖息地破坏或者生态群落改变与捕捞活动有关。渔船依据海洋环境的变化追踪寻找鱼群最可能出现的地方进行捕捞作业。渔船捕捞活动随着渔业资源空间变动而变动，从而导致人类捕捞活动受环境变动影响。基于物种分布模型分析讨论海洋环境对渔船捕捞作业影响，并预测未来捕捞努力量潜在分布，可以为渔业资源管理制度中长期管理规划提供支撑。采用三种常用的物种分布模型：提升回归树(Boosted Regression Trees ,BRT)、最大熵(Maximum entropy,MaxEnt)和广义加性模型Generalized Additive Models (GAM)对中西太平洋围网金枪鱼和北太鱿鱼钓渔船进行了探索分析，明确两种渔船的生态位。结果表明生态位模型可以描述海洋渔船捕捞作业的时空分布及海洋环境对其影响，并能结合未来的遥感环境数据进行渔船捕捞作业位置分布预测.

Critical feeding threshold of bait and the dispersion distance of particulate

organic wastes from cage culture

李 帅^a，周 进^b，原三领^a

 (^a上海理工大学；^b中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090)

Abstract:  Cage culture, as a kind of aquaculture, has increasingly become the main way to provide aquatic products due to its merits of high output and easy management. However, there are some problems such as high breeding costs and deterioration of water in the breeding process at the same time. Therefore, in this talk, we will present several mathematical models to try to describe the critical feeding threshold as well as the dispersion distance of particulate organic wastes from a qualitative perspective. For the dispersion distance of particulate organic wastes, we put forward a hybrid reaction-advection equations with free boundary. For the critical feeding threshold, we construct a diffusive nutrient-fish system with an advection term. By choosing the feed amount as a parameter, we show that the underlying system undergoes a forward supercritical bifurcation. Hopefully, our results can provide theoretical guidance for cage culture.

基于集成学习的南平洋长鳍金枪鱼渔场预报模型研究

周为峰

（中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090）

摘  要：渔场预报是指关于渔场空间的预报，预报渔场所在位置或者渔业资源空间分布状况。本研究以南太平洋长鳍金枪鱼为例，引入了集成学习建模框架，实现、分析和对比了多种Bagging和Boosting的主流集成学习算法，研究了南太平洋长鳍金枪鱼与环境要素的关系，开展基于集成学习的南太平洋长鳍金枪鱼渔场预报研究，最终提出一种基于Stacking方法的集成学习渔场预报新模型，并利用全新的数据集对预报模型进一步验证；同时探讨不同的环境因子对高、低CPUE渔场划分的相对重要性。研究实例对2015年南太平洋长鳍金枪鱼渔场进行分月预测可知，模型的预报总体准确率在63.86%～82.14%范围，平均准确率为70.99%；高CPUE渔场预报准确率在62.71%～97.85%范围，平均为78.76%，较好满足南太平洋长鳍金枪鱼实际渔场预报业务化需求，为渔场预报模型的选择提供了一种新思路。集成学习渔场预报技术 拓展完善了现有的渔场预报模型理论及方法，研究实例可为南太平洋长鳍金枪鱼渔场预报提供理论支持，同时本研究的思路、方法和模型可为我国远洋渔业其他鱼类资源渔场预报模型的建立提供一定的参考。

基于BRT模型的中西太平洋金枪鱼围网渔船行为影响分析

张 涵^a，杨胜龙^b，樊 伟^b， 原三领^a

 (^a上海理工大学；^b中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090)

摘  要：为了解中西太平洋金枪鱼围网渔船捕捞作业空间分布及其与海洋环境关系，本文依据2015—2020年中西太平洋金枪鱼围网渔船AIS数据挖掘空间捕捞努力量信息，结合同期海表以及次表层等24个海洋环境因子，采用提升回归树(Boosted Regression Trees，BRT)模型构建了捕捞努力量空间分布与海洋生态环境因子非线性关系，探讨分析公海围网金枪鱼渔船生态位。结果表明模型训练得到cvAUC(cross-validated area under the curve)平均得分达到0.93，平均准确率为0.84；模型预测结果表明：预测2020年捕捞努力量cvAUC平均得分达到0.83，整体分类平均准确率达到0.77。因子分析结果表明：100米深水温值和经度是影响金枪鱼围网渔船捕捞努力量的最主要因素，对渔船捕捞努力量的贡献率分别为17.61％和11.90％；围网金枪鱼渔船更多出现在100米水温为25-29℃和海表温29-31℃分布区域作业；空间上，围网金枪鱼渔船更多的出现在5°S-5°N纬向区域以及靠近180°E以西海域作业。预测2020年渔船捕捞努力量与实际渔船捕捞努力量在空间上有较好的对应分布情况。研究有助于了解金枪鱼渔船空间分布变动环境影响作用,为中西太平洋金枪鱼围网渔船管理提供支撑。

北太平洋鱿鱼钓渔船作业时空分布与海洋环境关系

费英杰^a，杨胜龙^b，樊 伟^b， 原三领^a

 (^a上海理工大学；^b中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090)

摘 要: 认识人类捕捞活动空间模式对于渔业资源监测和管理很重要. 为了解北太平洋鱿鱼钓渔船作业的空间分布特征及其与海洋环境的关系，本文使用了2017-2019年7-11月北太平洋鱿鱼钓渔船船位轨迹数据数据挖掘渔船捕捞努力量，统计了各月北太平洋鱿鱼钓渔船捕捞作业空间变化情况。绘制捕捞努力量与海表温度(Sea surface temperature, SST)、海平面高度(Sea surface height, SSH)和叶绿素浓度(Concentration of Chlorophyll a, Chla)空间分布叠加图，分析渔船捕捞空间分布和海洋环境的关系。使用广义加性模型(Generalized Additive Model, GAM)来了解海洋环境变化对北太平洋鱿鱼钓渔船捕捞作业非线性影响. 结果表明：7-9月研究区域内渔船捕捞努力量升高，10-11月有所降低，其中9月渔船捕捞努力量最高. 捕捞努力量重心经纬度变化明显，纬向先由南向北，后由北向南；经向整体由西向东。北太平洋鱿鱼钓渔船捕捞努力量主要分布的海洋环境参数范围分别是，海表温度在11.7~19.6°C之间；海平面高度在-0.15~0.23m之间；叶绿素浓度在0.13~0.45mg·m^–3之间。GAM模型的结果表明经纬度的协同作用对捕捞努力量的方差解释贡献最大，3个海洋环境因子对捕捞努力量的影响程度由高到低依次为海表温度、海平面高度和叶绿素浓度。所有变量对捕捞努力量的影响作用都是非线性的，其中海表温度最优区间为15~20°C，海平面高度最优区间为0~0.2m，叶绿素浓度最优区间为0.1~0.4mg·m^–3。

Stability and Hopf bifurcation of an age structured fish population model

related to seagrass meadow

段西超，原三领

(上海理工大学理学院, 上海200090)

摘 要：In this paper, to reveal the relation between the growth a kind of predator and its living habit, we formulate an age structured population model with maturation age and the seagrass residence index (SRI). By use of integral semigroup theory, the well-posedness and uniform persistence of our model are strictly proved. By bifurcation analysis, the complete dynamic behaviors of our model are determined by the growth rate η and the maturation age τ. If η ≤ η₁∗, there is a unique boundary steady state and it is globally asymptotically stable. If η₁∗ < η ≤ η₂∗, the boundary steady state is unstable and there is a unique positive steady state which is asymptotically stable. If η > η₂∗, the unique positive steady loses stability and Hopf bifurcation occurs when τ = 0, and there are three kinds of dynamical phenomena when τ > 0. Finally, numerical simulations are carried out to illustrate the theoretical results and the importance of the seagrass residence index.

中国渔业电子监控系统的应用现状与未来发展机遇

张胜茂 唐峰华 吴祖立 蒋科技 张禹 高磊 姜伟

（中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090）

摘 要：渔业资源衰退、物种濒危现象在全球各个地区普遍存在，直接反映了海洋生态的变化过程和外在体现。对从事渔业生产的船舶进行电子监控，是有效记录渔业捕捞活动、保护渔业资源，实现可持续发展、绿色渔业的重要举措。近年来，电子监控系统（EMS）的不断发展，对渔业生产管理和渔业行政管理产生了重要支持作用。一方面，电子监控系统可以直接获取渔获物的品种、规格、数量等数据，保证了数据的真实性与完整性，有助于形成数据库；另一方面通过对数据的整合分析，有助于了解渔业的资源状况，对于制定科学合理的海洋管理政策、维持海洋生态的平衡具有重要意义。我国是世界第一渔业大国，积极推动电子监控系统的有序科学发展符合我国绿色可持续发展的政策导向，更有助于解决我国渔业规模庞大、管理难度大等现实难题。本研究对我国渔业电子监控系统的应用现状进行了初步介绍，总结了我国渔业电子监控系统的发展历程，并分析了其在实际应用过程中在设备安置、数据分析的等方面的技术难点，同时对未来渔业电子监控系统应用前景进行了展望。

Switches in a Eutrophic Lake Model under Non-Gaussian L\'{e}vy Noise

杨安计  原三领

(上海理工大学理学院, 上海200090)

摘 要：Disturbances related to extreme weather events, such as hurricanes, heavy precipitation events and droughts, are important drivers of evolution processes of shallow lakes ecosystem. A non-Gaussian $\alpha$-stable L\'{e}vy process is considered to be a suitable model to depict such extreme events. In this paper, the study of fluctuations in a parameterized lake eutrophication model is extended to the case of $\alpha$-stable L\'{e}vy noise. We numerically obtain the stationary probability density function of phosphorus concentration and examine the pivotal roles of $\alpha$-stable L\'{e}vy noise on the phosphorus dynamics model. Our main results indicate that the switches between the oligotrophic state and the eutrophic state can be induced by the noise intensity $\sigma$, skewness parameter $\beta$ and stability index $\alpha$. Furthermore, we calculate the mean first passage time (MFPT), also referred to as the mean switching time, from the oligotrophic state to the eutrophic state for various L\'{e}vy noise parameters. It is found that the increased noise intensity, skewness parameter and stability index make the mean switching time shorter, i.e. those parameters accelerate the switching process and promote lake eutrophication. Another observation is that when the frequency of extreme weather events exceeds a critical value, the intensity of extreme events becomes the most key factor for promoting lake eutrophication.