秋刀鱼舷提网渔业中的照度分布模型

在秋刀鱼舷提网渔业中，集鱼灯和集鱼灯箱具有十分重要的作用。灯箱集鱼效果的好坏对渔船的渔业生产有着直接影响，为了合理有效地利用集鱼灯灯光，优化秋刀鱼集鱼灯的配置，对秋刀鱼渔船集鱼灯海面照度分布进行研究和建模是十分必要的，并将有益于促进我国远洋秋刀鱼渔业的的可持续发展。 本文在对秋刀鱼的趋光机制、光度学的一般理论、海水光学特性、秋刀鱼渔具渔法以及“沪渔910”号调查船集鱼灯装配进行研究的基础上，通过灯箱照度实验对集鱼灯装配在不同灯位时的地面照度分布情况和灯箱在不同倾角时的地面照度情况进行了陆上模拟，进而在此基础上根据“沪渔910”号秋刀鱼渔船的灯光装配特点，利用Matlab(Matrix Laboratory)数字仿真软件对渔船周围海平面的照度分布情况进行研究建模，并通过与海上调查中的实际测量值比较，对照度模型进行了修正。最终实现了船右舷海面三维灯光照度分布的数字仿真建模，并对灯光优化配置提出了建议。 文章的主要研究内容如下： (1)本文较为系统的对秋刀鱼的生物学趋光特性及其趋光机制进行了研究和分析。在对大量国内外资料进行总结和核实的基础上，得出秋刀鱼具有较强的趋光性，其最佳光诱围捕季节大致为每年秋季九至十一月，最适宜水温为摄氏14℃至18℃。在以上条件下，秋刀鱼易在水下约两米的150 1x-600 1x光照区域形成稳定集群。 同时，本文还基于2005年海上调查时夜晚采集的秋刀鱼生物学数据，分别利用灰色关联分析法和胃含物法对西北太平洋公海秋刀鱼夏季索饵场的分布与具有昼夜垂直迁移习性的浮游动物，主要是桡足类、箭虫类的分布的关系进行了研究。结果发现秋刀鱼的平均日产量和日均网次产量都与桡足类、端足类、箭虫类的分布关系非常显著；桡足类、箭虫类在秋刀鱼胃含物样本中的频数也最高。 基于以上研究，基本可以认为秋刀鱼的趋光反应是多种因子在特定条件下相互作用产生的综合性结果。 (2)本研究仿照“沪渔910”上灯箱装配特点，对一组灯箱进行了陆上照度实验，并对其光学特性进行了研究和模拟。本实验包括两个子实验： 一是集鱼灯位于灯箱内不同灯位时的照明效果比较实验。在该实验中，利用照度计测得的地面照度数据，实现了集鱼灯装配在灯箱中不同灯位(上、中、下)时地面照度公式的推导和讨论，确定了Ev(L)=104/aL3+bL2+cl+d的照度公式模型，并利用Matlab7.0软件分别对灯箱中三个特定灯位的照度公式进行了拟合和讨论。并在此基础上，利用光度学有关知识，对不同灯位状况下的光强变化情况进行了讨论。通过相对光强系数的研究，讨论其与灯箱整体照明特点的关系。 二是集鱼灯箱不同倾角时的海平面照度分布实验。在该实验中，利用测到的地面照度数据，对集鱼灯箱选择不同的照明倾角(30°，45°，60°)时的地面照度分布公式进行了推导和讨论，确定其照度公式模型为：Ev(x,y)=104/bx2+dy3+ey2+fy+g最后通过Matlab7.0软件，采用线性规划算法求多元回归，确定了三个特定倾角时的地面照度公式，并对其分布情况进行了较为详细的对比和讨论。 (3)在灯箱照度研究的基础上，运用Matlab7.0对秋刀鱼渔船周围海平面的理论照度分布进行研究并建模。同时，计算倾角为60°时的理论照度数据，与海上调查中的实际测量值做比较，实现了照度模型进行修正。 在此基础上，按照Fresnel法则计算海面下-0m处的照度分布，并通过对光线在海水中衰减的研究，对水面下任意点的照度模型进行了研究。 (4)根据秋刀鱼的趋光集群特点，秋刀鱼喜欢在水下2米的150 1x～600 1x区域形成稳定鱼群。因此本文对海面下-2m处的照度分布进行了研究。通过计算，其在倾角为60°时的有效诱集面积为1708.63m2。 将灯箱间距设为未知数，求得在灯箱倾角为60°时，获得最大海面有效诱集面积的灯箱间距为2.4133m，比实际生产中灯箱的间距大。因此，从优化海面集鱼效果和节能方面考虑，可适当将间距拉大。 (5)集鱼灯配置的有关研究： ①上部灯位集鱼灯能够帮助形成稳定的光场，有利于鱼群的稳定；而下部灯位集鱼灯对灯箱的远距离诱集鱼群作用更重要；中间位置集鱼灯在一定意义上可以代表整个灯箱的光学特性。 ②对于以诱鱼为主的灯箱，可适当增加下部集鱼灯的数量，或适当增加上沿挡板倾角；而对于以集鱼为主的灯箱，则可以适当增加上部灯的数量，或适当增加下沿挡板倾角。 ③灯箱倾角过小，其海面光场的波动越大，有效诱集区域也越小，不利于鱼群聚集；灯箱倾角过大，有效诱集区域也会减小，且会有更多光线反射入天空，造成浪费。在模拟实验中，倾角在50°至60°之间时，效果较好。