CN109392780B - 一种气候变化下的冷水鱼迁移预测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种气候变化下的冷水鱼迁移预测方法及其装置，属于水文领域。包括实验箱A和实验箱B，预测装置应用于一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，还包括光线差样调整装置；实验箱A和实验箱B顶部均固定连接有伸缩杆，所述的伸缩杆上端固定安装有光线差样调整装置，通过调节光线差样调整装置，控制光线的强度，对比实验箱A和实验箱B，可以清楚的观察到冷水鱼的游动状态及习性，同时，采用多种气候模式进行综合气温分析，能够有效的减少气温预测的误差，达到更好的预测结果。
Description
技术领域
本发明涉及水文领域，尤其涉及一种气候变化下的冷水鱼迁移预测方法及其装置。
背景技术
气候变化对水生生态系统具有重大影响，在一定程度上影响水生生物的生存。水温是河流生态系统中重要的环境因子，对水生生物的生存产生一定影响，尤其对冷水性水生生物影响较大。冷水性水生生物生存的温度有特定区间，超过或低于它的生存温度，该类生物都将无法生存。在中国东北地区，主要的冷水性水生生物是冷水鱼。野生型冷水鱼的数量较少，肉质鲜美，非常珍贵。受全球气温升高的影响，区域内适宜冷水鱼生存的栖息地减少并破碎化，致使迁移方向发生改变，甚至将从很多河流中消失。由于冷水鱼在河流中迁移的改变，对于河流中的障碍物影响冷水鱼迁移的研究刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是为了研究气候环境变化对冷水性鱼类的迁移影响，从而得到科学的理论方法保护冷水性鱼类的生存环境。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种气候变化下的冷水鱼迁移预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、鱼类种类划分；依据鱼类对环境温度的适应能力的差别，将水生生物划分为两类：能够适应的温度变幅在10℃以内的为狭温性水生生物；适应温度变幅在10℃以上的为广温性水生生物；广温性水生生物又分为暖水性水生生物、温水性水生生物和冷水性水生生物，冷水鱼属于冷水性水生生物；
S2、样本选取；分别选取松花江流域和蚂蚁河流域内所有的健康冷水鱼作为研究实验对象，进行区域样本数据对比；
S3、水温模拟；利用水温与气象因子之间的关系，进行水温的模拟；其中气象因子主要包括逐日气温、相对湿度、太阳辐射、风速、日照、气压；
S4、相关性分析；利用SPSS软件对所模拟区域收集到的逐日水温数据、气温、相对湿度、太阳辐射、风速、日照、气压数据做相关性分析；
S5、鱼类迁移预测；采用RCP4.5和RCP8.5两种不同的温室气体排放情景，对冷水鱼未来年间迁移进行预测。
优选地，所述S1中冷水鱼生存的温度范围为0～22℃，水温超过22℃时，冷水鱼类会出现严重的不适，停止摄食、生长和发育。
优选地，由所述S3、S4和S5中任意一项数据分析得出；在7、8月份的时候水温波动大，冷水性鱼类受水温影响的迁移明显，且所选鱼类一般在秋、冬及早春季节繁殖，此时不进行生殖洄游，当水温超过22℃时，冷水鱼失去适宜的生存环境，将会进行移动，迁移至水温较低的区域。
优选地，所述RCP4.5场景下，所选取流域7、8月份水温呈现出与往年水温变化的差异性，通过数据对比发现河流的整体水温上升趋势，冷水性鱼类的迁移过程也更加频繁，冷水鱼由水温高流域迁移至水温低流域。
优选地，所述RCP8.5情景下，温室气体浓度增加，气温升高程度变大，促使该流域内7、8月份水温与往年水温相比呈现出更大的波动性，河流的整体水温呈现大幅度上升的趋势，超过一半的天数水温不适宜冷水鱼生存。
优选地，包括实验箱A和实验箱B，所述预测装置应用于一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，还包括光线差样调整装置；所述的实验箱A和实验箱B顶部均固定连接有伸缩杆，所述的伸缩杆上端固定安装有光线差样调整装置，所述的实验箱A和实验箱B底部均固定安装有万向轮，所述的万向轮上设置有刹车片，所述的实验箱A与实验箱B下端通过回游管相连通，所述的实验箱A和实验箱B内部顶面左右两侧均固定连接有温度感应装置和红外热敏感应装置，所述的实验箱A和实验箱B外表面均设置有保温层，所述的实验箱A和实验箱B侧面自上而下均设置有控制面板和鱼类样本取放口，所述的实验箱A和实验箱B内部上端侧面分别固定安装有磁感应加热装置，通过实验箱A和实验箱B做对比参照实验，在室内亦可以模拟出冷水鱼的游动情况。
优选地，所述的光线差样调整装置包括保护壳、固定框和电机，所述的保护壳左右侧面均固定连接有支撑臂，所述的支撑臂另一端与固定框侧面固定连接，所述的保护壳内部底面设置有电机，所述的电机上端通过传动装置与转动轮固定连接，所述的支撑臂内部上下边均设置有滑槽，所述的滑槽内部滑动连接有滑轮，所述的滑轮与滑块侧面固定连接，通过光线差样调整装置可以对对比差样实验，观察不同光线情况下冷水鱼的游动状态。
优选地，所述的固定框中部固定连接有转动轴，所述的转动轴前端与转动盘中部固定连接，所述的固定框外边框固定连接有固定块，所述的固定块下端与遮阳帘一端固定连接，所述的遮阳帘另一端与转动盘固定连接，所述的转动轴与转动轮通过拉绳相连接，所述的拉绳上设置有滑块，所述的滑块设置于支撑臂内部，通过转动轴带动转动盘的抓到弄，控制拉绳的升降。
优选地，所述的传动装置包括传动杆和转动杆，所述的转动杆下端与电机输出端固定连接，所述的转动杆另一端通过连接块与偏心轮固定连接，所述的传动杆一端通过连接块与旋转齿轮固定连接，所述的传动杆另一端与转动轮中部固定连接，所述的旋转齿轮与偏心轮啮合连接，通过传动装置可以有效带动转动轮旋转，从而控制拉绳的升降。
优选地，所述的遮阳帘为U形结构，所述的遮阳帘设置有透光层和遮阳层，通过遮光层与透光层的错位匹配，可以灵活调节光线昏暗程度。
优选地，所述的稳固装置包括固定框、连接框和广口框，所述的固定框顶端中部固定连接有连接框，所述的固定框底端固定连接有广口框，所述的连接框内部设置有圆形球，所述的连接框右上角设置有弧形槽，所述的圆形球远离圆心一端上表面固定连接有把杆，所述的圆形球远离圆心一端下表面固定连接有活动杆，所述的活动杆另一端依次贯穿固定框和广口框中部与吸盘弧形面中部固定连接，所述的活动杆表面设置有弹簧，所述的弹簧设置于固定框内部，所述的吸盘与广口框为非密封状态，通过设置稳固装置可以有效保证实验箱A和实验箱B的稳定，不会出现晃动惊吓到冷水鱼，影响数据准确度。
与现有技术相比，本发明提供了一种气候变化下的冷水鱼迁移预测方法及其装置，具备以下有益效果：
（1）该气候变化下的冷水鱼迁移预测方法，通过河流水温与流量和气象因子有关系，本发明中只考虑水温与气象因子的关系。利用水温监测站的逐日水温数据与气象数据进行相关性分析，建立不同的模型，进行水温数据的拟合，得到所选区域的水温模拟方程，使得结论更加精确参考度更高。河流水温受环境因素的影响，国内外众多研究表明河流水温与河流径流量、气象因子有关系，其中气温为主要影响因素。水温能够对河流生态系统产生深刻的影响，水温的预测能够为生态系统的保护提供一定支撑；
（2）该气候变化下的冷水鱼迁移预测装置，在进行水温模拟过程中，通过在实验箱A和实验箱B，在室内环境下基本上可以模拟观测冷水鱼迁移规律，首先，将采集的不同样本的冷水鱼通过鱼类样本取放口放置于实验箱A或者实验箱B内部，实验箱A和实验箱B通过回游管保持连接，通过温度感应装置能够在终端设备上时刻了解箱体内的温度变化，红外热敏感应装置用以在黑暗环境下，通过终端设备观察冷水鱼的游动情况，其中，在需要进行温差模拟实验时，通过控制面板分别设定实验箱A和实验箱B的温度值，启动磁感应加热装置保持实验箱A和实验箱B之间水温形成水温差，根据实验要求依次调节实验箱A和实验箱B之间的温差指范围，观察冷水鱼的游动状态，并分别记录，以备后续根据实验数据得出结论，通过设置实验箱A和实验箱B我们可以模拟冷水鱼的生活环境，在特殊情况下在室内便可以观察到冷水鱼的迁移动态；
（3）该气候变化下的冷水鱼迁移预测装置，在进行光线模拟情况下，通过光线差样调整装置获得冷水鱼的迁移动态，其中，在实验箱A和实验箱B的顶部均设置有光线差样调整装置，实验过程中启动电机带动转动杆转动，转动杆通过偏心轮带动旋转齿轮转动，从而带动转动轮转动，转动轮转动通过拉绳带动转动轴旋转，转动轴带动转动盘旋转，由于转动盘与遮阳帘一端固定连接，而遮阳帘另一端固定连接在固定块上，通过电机的正反转动，从而将遮阳帘进行收起或者放下，其中，遮阳帘设置有透光层和遮光层，通过遮光层与透光层的互相错位匹配，可以灵活控制箱体内的光线昏暗程度，清楚了解光线的强度对冷水鱼的游动影响，并分别记录数据。
附图说明
以下附图将结合本法明的具体构思、结构以及实施例中的技术结果进行说明，以充分了解本发明的特征、目的和结果。
图1为本发明提出的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测装置的整体结构示意图；
图2为本发明提出的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测装置的光线差样调整装置结构示意图；
图3为本发明提出的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测装置的传动装置结构示意图；
图4为本发明提出的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测装置的稳固装置结构示意图。
图中：1、实验箱A；2、实验箱B；3、鱼类样本取放口；4、磁感应加热装置；5、红外热敏感应装置；6、光线差样调整装置；7、伸缩杆；8、温度感应装置；9、控制面板；10、保温层；11、刹车片；12、回游管；13、万向轮；14、保护壳；15、支撑臂；16、固定框；17、固定块；18、滑槽；19、转动轮；20、滑轮；21、滑块；22、转动轴；23、遮阳帘；24、转动盘；25、拉绳；26、传动装置；27、电机；28、传动杆；29、连接块；30、旋转齿轮；31、偏心轮；32、转动杆；33、稳定装置；34、把杆；35、弧形槽；36、固定框；37、活动杆；38、吸盘；39、广口框；40、弹簧；41、连接框；42、圆形球。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：一种气候变化下的冷水鱼迁移预测方法，包括以下步骤：
S1、鱼类种类划分；依据鱼类对环境温度的适应能力的差别，将水生生物划分为两类：能够适应的温度变幅在10℃以内的为狭温性水生生物；适应温度变幅在10℃以上的为广温性水生生物；广温性水生生物又分为暖水性水生生物、温水性水生生物和冷水性水生生物，冷水鱼属于冷水性水生生物；
S2、样本选取；分别选取松花江流域和蚂蚁河流域内所有的健康冷水鱼作为研究实验对象，进行区域样本数据对比；
S3、水温模拟；利用水温与气象因子之间的关系，进行水温的模拟；其中气象因子主要包括逐日气温、相对湿度、太阳辐射、风速、日照、气压；
S4、相关性分析；利用SPSS软件对所模拟区域收集到的逐日水温数据、气温、相对湿度、太阳辐射、风速、日照、气压数据做相关性分析；
S5、鱼类迁移预测；采用RCP4.5和RCP8.5两种不同的温室气体排放情景，对冷水鱼未来年间迁移进行预测。
S1中冷水鱼生存的温度范围为0～22℃，水温超过22℃时，冷水鱼类会出现严重的不适，停止摄食、生长和发育。
由S3、S4和S5中任意一项数据分析得出；在7、8月份的时候水温波动大，冷水性鱼类受水温影响的迁移明显，且所选鱼类一般在秋、冬及早春季节繁殖，此时不进行生殖洄游，当水温超过22℃时，冷水鱼失去适宜的生存环境，将会进行移动，迁移至水温较低的区域。
RCP4.5场景下，所选取流域7、8月份水温呈现出与往年水温变化的差异性，通过数据对比发现河流的整体水温上升趋势，冷水性鱼类的迁移过程也更加频繁，冷水鱼由水温高流域迁移至水温低流域。
RCP8.5情景下，温室气体浓度增加，气温升高程度变大，促使该流域内7、8月份水温与往年水温相比呈现出更大的波动性，河流的整体水温呈现大幅度上升的趋势，超过一半的天数水温不适宜冷水鱼生存。
实施例2：参照图1和图4，一种气候变化下的冷水鱼迁移预测装置，包括实验箱A1和实验箱B2，预测装置应用于一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，还包括光线差样调整装置6；实验箱A1和实验箱B2顶部均固定连接有伸缩杆7，伸缩杆7上端固定安装有光线差样调整装置6，实验箱A1和实验箱B2底部均固定安装有万向轮13，万向轮13上设置有刹车片11，实验箱A1与实验箱B2下端通过回游管12相连通，实验箱A1和实验箱B2内部顶面左右两侧分别固定连接有温度感应装置8和红外热敏感应装置5，实验箱A1和实验箱B2外表面均设置有保温层10，实验箱A1和实验箱B2侧面自上而下均设置有控制面板9和鱼类样本取放口3，实验箱A1和实验箱B2内部上端侧面均固定安装有磁感应加热装置4。
稳固装置33包括固定框36、连接框41和广口框39，固定框36顶端中部固定连接有连接框41，固定框36底端固定连接有广口框39，连接框41内部设置有圆形球42，连接框41右上角设置有弧形槽35，圆形球42远离圆心一端上表面固定连接有把杆34，圆形球42远离圆心一端下表面固定连接有活动杆37，活动杆37另一端依次贯穿固定框36和广口框39中部与吸盘38弧形面中部固定连接，活动杆37表面设置有弹簧40，弹簧40设置于固定框36内部，吸盘38与广口框39为非密封状态。
在进行水温模拟过程中，通过在实验箱A1和实验箱B2，在室内环境下基本上可以模拟观测冷水鱼迁移规律，首先，通过万向轮13将实验箱A1和实验箱B2推动到实验采集位置，手动抬起把杆34并将其沿着弧形槽35逐渐向上抬起，在把杆34向上抬起过程中活动杆37向下运动挤压吸盘38压缩内部空气，当把杆34抬起呈竖直状态时，吸盘38内部空气被彻底排除，在大气压强作用下将实验箱A1和实验箱B2紧紧的固定在底面上，有效防止因人为触碰发生晃动，惊吓到冷水鱼导致数据结果出现较大偏差，实验箱A1和实验箱B2通过回游管12保持连接，通过温度感应装置8能够在终端设备上时刻了解箱体内的温度变化，红外热敏感应装置5用以在黑暗环境下，通过终端设备观察冷水鱼的游动情况，其中，在需要进行温差模拟实验时，通过控制面板9分别设定实验箱A1和实验箱B2的温度值，启动磁感应加热装置4保持实验箱A1和实验箱B2之间水温形成水温差，根据实验要求依次调节实验箱A1和实验箱B2之间的温差指范围，观察冷水鱼的游动状态，并分别记录，以备后续根据实验数据得出结论，通过设置实验箱A1和实验箱B2我们可以模拟冷水鱼的生活环境，在特殊情况下在室内便可以观察到冷水鱼的迁移动态。
实施例3：参照图2-3，结合实施例2的基础不同之处在于，光线差样调整装置6包括保护壳14、固定框16和电机27，保护壳14左右侧面均固定连接有支撑臂15，支撑臂15另一端与固定框16侧面固定连接，保护壳14内部底面设置有电机27，电机27上端通过传动装置26与转动轮19固定连接，支撑臂15内部上下边均设置有滑槽18，滑槽18内部滑动连接有滑轮20，滑轮20与滑块21侧面固定连接。
固定框16中部固定连接有转动轴22，转动轴22前端与转动盘24中部固定连接，固定框16外边框固定连接有固定块17，固定块17下端与遮阳帘23一端固定连接，遮阳帘23另一端与转动盘24固定连接，转动轴22与转动轮19通过拉绳25相连接，拉绳25上设置有滑块21，滑块21设置于支撑臂15内部。
传动装置26包括传动杆28和转动杆32，转动杆32下端与电机27输出端固定连接，转动杆32另一端通过连接块29与偏心轮31固定连接，传动杆28一端通过连接块29与旋转齿轮30固定连接，所述的传动杆28另一端与转动轮19中部固定连接，旋转齿轮30与偏心轮31啮合连接。
遮阳帘23为U形结构，遮阳帘23设置有透光层和遮阳层。
在进行光线模拟情况下，通过光线差样调整装置6获得冷水鱼的迁移动态，其中，在实验箱A1和实验箱B2的顶部均设置有光线差样调整装置6，实验过程中启动电机27带动转动杆32转动，转动杆32通过偏心轮31带动旋转齿轮30转动，从而带动转动轮19转动，转动轮19转动通过拉绳25带动转动轴22旋转，转动轴22带动转动盘24旋转，由于转动盘24与遮阳帘23一端固定连接，而遮阳帘23另一端固定连接在固定块17上，通过电机27的正反转动，从而将遮阳帘23进行收起或者放下，其中，遮阳帘23设置有透光层和遮光层，通过遮光层与透光层的互相错位匹配，可以灵活控制箱体内的光线昏暗程度，清楚了解光线的强度对冷水鱼的游动影响，并分别记录数据。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气候变化下的冷水鱼迁移预测装置，包括实验箱A（1）和实验箱B（2），其特征在于：所述预测装置应用于一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，还包括光线差样调整装置（6）；所述的实验箱A（1）和实验箱B（2）顶部均固定连接有伸缩杆（7），所述的伸缩杆（7）上端固定安装有光线差样调整装置（6），所述的实验箱A（1）和实验箱B（2）底部均固定安装有万向轮（13），所述的万向轮（13）上设置有刹车片（11），所述的实验箱A（1）和实验箱B（2）外侧边框下端固定连接有稳固装置（33），所述的实验箱A（1）与实验箱B（2）下端通过回游管（12）相连通，所述的实验箱A（1）和实验箱B（2）内部顶面左右两侧分别固定连接有温度感应装置（8）和红外热敏感应装置（5），所述的实验箱A（1）和实验箱B（2）外表面均设置有保温层（10），所述的实验箱A（1）和实验箱B（2）侧面自上而下均设置有控制面板（9）和鱼类样本取放口（3），所述的实验箱A（1）和实验箱B（2）内部上端侧面均固定安装有磁感应加热装置（4）；
所述的光线差样调整装置（6）包括保护壳（14）、固定框（16）和电机（27），所述的保护壳（14）左右侧面均固定连接有支撑臂（15），所述的支撑臂（15）另一端与固定框（16）侧面固定连接，所述的保护壳（14）内部底面设置有电机（27），所述的电机（27）上端通过传动装置（26）与转动轮（19）固定连接，所述的支撑臂（15）内部上下边均设置有滑槽（18），所述的滑槽（18）内部滑动连接有滑轮（20），所述的滑轮（20）与滑块（21）侧面固定连接；
所述的固定框（16）中部固定连接有转动轴（22），所述的转动轴（22）前端与转动盘（24）中部固定连接，所述的固定框（16）外边框固定连接有固定块（17），所述的固定块（17）下端与遮阳帘（23）一端固定连接，所述的遮阳帘（23）另一端与转动盘（24）固定连接，所述的转动轴（22）与转动轮（19）通过拉绳（25）相连接，所述的拉绳（25）上设置有滑块（21），所述的滑块（21）设置于支撑臂（15）内部。
2.根据权利要求1所述的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测装置，其特征在于：所述的传动装置（26）包括传动杆（28）和转动杆（32），所述的转动杆（32）下端与电机（27）输出端固定连接，所述的转动杆（32）另一端通过连接块（29）与偏心轮（31）固定连接，所述的传动杆（28）一端通过连接块（29）与旋转齿轮（30）固定连接，所述的传动杆（28）另一端与转动轮（19）中部固定连接，所述的旋转齿轮（30）与偏心轮（31）啮合连接。
3.一种采用权利要求1所述的冷水鱼迁移预测装置进行的气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、鱼类种类划分；依据鱼类对环境温度的适应能力的差别，将水生生物划分为两类：能够适应的温度变幅在10℃以内的为狭温性水生生物；适应温度变幅在10℃以上的为广温性水生生物；广温性水生生物又分为暖水性水生生物、温水性水生生物和冷水性水生生物，冷水鱼属于冷水性水生生物；
S2、样本选取；分别选取松花江流域和蚂蚁河流域内所有的健康冷水鱼作为研究实验对象，进行区域样本数据对比；
S3、水温模拟；利用水温与气象因子之间的关系，进行水温的模拟；其中气象因子主要包括逐日气温、相对湿度、太阳辐射、风速、日照、气压；
S4、相关性分析；利用SPSS软件对所模拟区域收集到的逐日水温数据、气温、相对湿度、太阳辐射、风速、日照、气压数据做相关性分析；
S5、鱼类迁移预测；采用RCP4.5和RCP8.5两种不同的温室气体排放情景，对冷水鱼未来年间迁移进行预测。
4.根据权利要求3所述的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，其特征在于：所述S1中冷水鱼生存的温度范围为0～22℃，水温超过22℃时，冷水鱼类会出现严重的不适，停止摄食、生长和发育。
5.根据权利要求3所述的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，其特征在于：由所述S3、S4和S5中任意一项数据分析得出；在7、8月份的时候水温波动大，冷水性鱼类受水温影响的迁移明显，且所选鱼类一般在秋、冬及早春季节繁殖，此时不进行生殖洄游，当水温超过22℃时，冷水鱼失去适宜的生存环境，将会进行移动，迁移至水温较低的区域。
6.根据权利要求3所述的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，其特征在于：所述RCP4.5场景下，所选取流域7、8月份水温呈现出与往年水温变化的差异性，通过数据对比发现河流的整体水温上升趋势，冷水性鱼类的迁移过程也更加频繁，冷水鱼由水温高流域迁移至水温低流域。
7.根据权利要求3所述的一种气候变化下的冷水鱼迁移预测的方法，其特征在于：所述RCP8.5情景下，温室气体浓度增加，气温升高程度变大，促使该流域内7、8月份水温与往年水温相比呈现出更大的波动性，河流的整体水温呈现大幅度上升的趋势，超过一半的天数水温不适宜冷水鱼生存。
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| 利用气象因子估算天然河道水温的新公式;李克锋等;《四川大学学报（工程科学版）》;20060131;第30卷(第1期);第1-4页 * |
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