《海洋生物資源評估》課件10第十章 實際種群分析

1、1第十一章 實際種群分析一、實際種群分析二、世代分析法三、體長結(jié)構(gòu)的世代分析資源評估模型：YPR modelSurplus production modelStock-recruitment modelVPA and CA 特點：不使用捕撈努力量從最高年齡組回溯，能夠逐漸提高精度可充分利用體長數(shù)據(jù)2VPAThey are the most commonly used models in stock assessment of temperate fish species;Input data usually include a time series of catch-at-age data;

2、Outputs usually include estimates of stock abundance, recruitment, and fishing mortality, historically and currently.34YearAge12345671345672一、實際種群分析（Virtual Population Analysis）又稱有效種群分析、現(xiàn)實種群分析法 Gulland（1965）提出年齡結(jié)構(gòu)的實際種群分析（TVPA）。 資料：（1）分年齡組的成時間序列的產(chǎn)量數(shù)據(jù)； （2）自然死亡系數(shù)M特點：計算較為繁瑣，不能直接得出F的顯函數(shù)表達式，F(xiàn)r通過反復(fù)迭代法進行計算。

3、5二、世代分析法（CA，Cohort Analysis）Pope（1972）對TVPA方法進行了簡化又稱股分析法TCA（年齡結(jié)構(gòu)） 是在TVPA簡化基礎(chǔ)上提出的，但亦可以有其獨立的推導(dǎo)。在某些研究中，其概念上是一樣的67三、體長結(jié)構(gòu)的世代分析 Jones（1974)，Pauly（1981）運用Von-Bertalanffy生長方程 將TCA LCA， TVPA LVPA特點： （1）避免難以測量和收集的捕撈努力量； （2）提高信息量； （3）LVPA和LCA直接使用體長資料, 無需對漁獲物進行年齡鑒定8根據(jù)某些年份實際種群的世代結(jié)構(gòu)（年齡組或體長組），估算：（1）往回計算以往年份的捕撈死亡系數(shù)

4、和資源數(shù)量（歷史重現(xiàn)）（2）根據(jù)未來的捕撈策略，預(yù)測以后的資源量和漁獲量變化（預(yù)測）（短期（生產(chǎn)性）漁業(yè)資源評估） 第一節(jié) 年齡結(jié)構(gòu)的實際種群分析(TVPA)Gulland（1965）綜合了以下研究：Fry（1949）實際種群VPA的概念Baranov（1918）漁獲方程Berverton-Holt（1957）捕撈方程估算的變量：Ci ，Ni，Mi，F(xiàn)i9基本概念如果已知一個世代的當(dāng)前資源量、自然死亡系數(shù)與每個年齡組的漁獲量，便能計算出該世代早期的資源量，并可逆算到補充群體的資源量。當(dāng)若干年內(nèi)的漁獲量中出現(xiàn)有幾個世代，并對其中的每個世代作這些計算時，其結(jié)果可綜合顯示出種群（或資源群體）的大小和

5、年齡組成，及其因捕撈而發(fā)生的變化并可看出補充量如何隨產(chǎn)卵群體大小而變化，為親體量和補充量關(guān)系繁殖模型的分析估算提供了有效的數(shù)據(jù)資料。10三種情況：1. 已知 Ci , Fi 和 Mi ，估算Ni 2. 已知Ci , Ni 和 Mi ，估算Fi3. 已知Ci , Ni+1 和 Mi ，估算Fi1112計算公式：（已知 Ci , Ni+1 和 Mi ( i=1,2,.,n ) ）假設(shè)13已知YearAge12345671345672一般動態(tài)綜合模型中的年齡結(jié)構(gòu)（Pitcher和Hart，1982）圖形中表示漁業(yè)中被跟蹤了一系列年份的某一補充量為R的世代15迭代求解F的方法：（1）二等分法圖：（2）

6、牛頓法：（3）線性內(nèi)插法：16二等分法17作切線，逐步逼近4-5次逼近牛頓法切線18直線， 正負二值線性內(nèi)插法第二節(jié) 年齡結(jié)構(gòu)的世代分析(TCA) Pope(1972)在對TVPA作靈敏度分析時,提出了他的“世代分析法”一、理論與公式 Pope（1972）提出了有關(guān)年初和年末資源殘存尾數(shù)之間關(guān)系的近 似方程，該方程把年漁獲量假設(shè)全部在年中瞬間被捕獲處理。 2021Pope對資源殘存曲線的近似假設(shè)。 年初至年中： 年中： 年中至年末：22計算過程設(shè)最大年齡為11，則又可計算各年S，F(xiàn)i值2324二、誤差分析和初始值估計假設(shè)實際的當(dāng)前資源量為Nt，當(dāng)前資源量的估計值為YearAge12345671

7、3456722526設(shè)相對誤差：2728上式說明,隨著 t-j 齡到無捕撈量 t 齡前的 t-1 齡為止的累計捕撈死亡系數(shù)的增加，相對誤差 t-j 也隨之減少。2930313233三、TVPA和TCA在資源量和漁獲量預(yù)報上的應(yīng)用?；卮饐栴}：1、在預(yù)定的捕撈死亡系數(shù)的條件下，總的漁獲重量預(yù)報值應(yīng)是多少？2、在產(chǎn)卵群體沒有降低到某一定水平以下時，總漁獲重量是多少？3、如果捕撈努力量和捕撈死亡系數(shù)和去年一樣(status quo)，那么總漁獲量、漁獲率和種群資源量是多少？3435用世代分析法進行預(yù)報時，必須對新補充進入漁業(yè)群體世代數(shù)量進行估計，其估計方法視材料而定：1、從前幾年中世代分析所得到的平均

8、補充量作為預(yù)報年份的新補充量。2、根據(jù)以往年份世代分析資料，計算親魚數(shù)量和補充量關(guān)系。用以預(yù)報新補充量。3、進行魚卵、仔魚調(diào)查，求出資源量指數(shù)。根據(jù)多年統(tǒng)計資料，推算新補充量。36四、在預(yù)報上應(yīng)用的實例科威特褐蝦（Garcia和Van Zaliibnge 1982）表11-8，自然死亡系數(shù)計算步驟：3738如果捕撈努力量增加20%(或 F, F 1.2 ),則 將增加到495g,圖11-2,總漁獲重量,總產(chǎn)值和總平均資源生物量隨捕撈死亡系數(shù)比率變化曲線.ICES(東北大西洋)及其他地方廣泛應(yīng)用.394041VPA的初始值可用以下兩種方法之一得到：（1）每個世代的當(dāng)前絕對資源量可以通過調(diào)查船的直

9、接調(diào)查估計（Recruitment survey）。（2）按照捕撈努力量當(dāng)前水平估計當(dāng)前的捕撈死亡系數(shù)，然后通過漁獲量，估計每個世代的大小（Status quo F）。7/11/202242 of 27Tuned VPA using survey dataExtra information is required to estimate either F or N at terminal age for a cohort (year class) incomplete in catch-at-age matrix.VPA tuned by abundance index estimated f

10、rom surveyVPA tuned by fishing effort7/11/202243 of 27Objective function for tuning VPA with abundance index:Minimize Lets EXCEL！WITH CI , and abundance index4445第三節(jié) 體長結(jié)構(gòu)的世代分析法（LCA） 一、公式 Jones（1974，1981，1984）的LCA是把Pope的TCA模型中，考察資源數(shù)量變動的時間單位“年”改變?yōu)橐贼~的各個體長間隔 L 所經(jīng)歷的時間 t，將一年中（或幾年中）的多世代 當(dāng)作一個“假世代”，用漁獲物的“體長組

11、成”取代“年齡組成”進行評估分析，即以體長來替代TCA中的年齡，從而有效的利用漁獲體長測定的數(shù)據(jù)資料。46由體長 經(jīng)歷時間為 t設(shè)生長由Von-Bertalanfly 描述47則令則48二、計算步驟已知：最大體長組的資源尾數(shù) NL+L 或 E各個體長組的漁獲尾數(shù)CL生長參數(shù) K,L ,和自然死亡系數(shù) M49初始值平均資源尾數(shù)：平均資源重量：表11-13，粵東春汛鮐的LCA計算表。練習(xí)505152Statistical age-structured modelsVPA uses recursive algorithms to calculate stock size based on catch

12、 by age and year. There are no (or no formal) underlying statistical assumptions in the estimation.Statistical age-structured models rely on the formal assumptions about model error structure in estimating the model parameters. The estimation procedure includes (1) assuming an error structure for th

13、e model; (2) identifying an objective function; and (3) estimating parameters and their variances. 7/11/202253 of 277/11/202254 of 27Statistical age-structured modelsTwo components: deterministic function and error structureComplexity of deterministic function;Assumptions on errors (nature, distribu

14、tion, and magnitude);Choice of statistical methods;Quantification of uncertainty.7/11/202255 of 27A simple age-structure model (Paloheimo 1961)Pairwise regression methodAdvantages: age-specific fishing and natural mortality ratesWorksheet development7/11/202256 of 27Doubleday (1976)Model is develope

15、d from combining catch equation, exponential survival equation, and Fi,j=qSiEjThe objective function for the model isMinimize 7/11/202257 of 27Model proposed by Deriso et al. (1985)Model is derived based on catch equation, exponential survival equation, stock-recruitment model, and Fi,j=SiEjObjectiv

16、e functionMinimizeSS=w1 SSRcatch+w2 SSRfishing mortality+w3 SSRstock-recruitCatch at age analysis = Cagean7/11/202258 of 277/11/202259 of 27Stock synthesis approach (Methot 1989)the most sophisticated method in stock assessment.Input data can include survey dataCPUE from commercial fisheriescatch-at

17、-age datarecruitment estimatesspawning stock size estimateserrors in aging fishspatial and temporal distribution of fish, etc7/11/202260 of 27The following models are commonly included:catch equationfishing mortality equationexponential survival equationstock recruit modelgrowth modelage-selectivity modelproduction modelobservation models61年齡時間effortCatch at age1234567110532293011952201873503033171434061209102583424124606910233643126273851003831686138172214680554361455295475029