111 年 國立臺灣大學海洋研究所生物漁業組《水產資源學》

Catchability（可捕性）是指在特定時間和空間內，漁具單位作業量所能捕獲的目標魚種數量與該區域內目標魚種總數的比例。它是一個衡量漁獲努力量（fishing effort）有效性的指標。

更具體地說，Catchability (q) 可以表示為：
$q = \frac{\text{單位漁獲努力量所能捕獲的魚數}}{\text{單位區域內的魚總數}}$

Catchability 的值受到多種因素影響，包括：

1. 漁具特性：不同類型的漁具（如網具、釣具、延繩釣）有不同的捕獲效率。

Fishery-dependent data（漁業依賴性資料）是指在漁業活動過程中直接收集到的資料，這些資料的產生與漁業的作業行為有密切關係。例如：

• 漁獲統計資料：漁獲量、漁獲努力量（如漁獲艘數、作業日數、曳繩數、網具的網目尺寸與數量等）、漁獲物組成（種類、大小、性別等）。
• 漁獲物採樣資料：從漁獲物中採樣得到的生物學資料，如年齡、成長、性成熟度、食性等。

Fishery-independent data（漁業獨立性資料）是指在不受漁業活動影響的條件下，透過科學調查（如科學漁獲調查、聲學調查、視覺調查、標識放流等）所收集到的資料。這些資料旨在提供魚群資源量、分布、結構等客觀的評估，不受漁業行為偏差的影響。例如：

Age-length key（年齡-體長鍵）是一種用於估計魚類年齡結構的工具，它將魚群的體長組成與年齡組成聯繫起來。由於直接測量魚的年齡（例如透過魚鱗、耳石、脊椎骨等硬組織的年輪）通常耗時且成本高，因此 Age-length key 提供了一種替代方法。

Age-length key 的建立步驟通常如下：

1. 採樣：從目標魚種的漁獲物或科學調查樣本中，同時記錄魚的體長和年齡。

Length at 50% maturity（50%性成熟體長），通常表示為 $L_{50}$，是指魚群中，有 50% 的個體達到性成熟時的平均體長。性成熟是指個體能夠進行繁殖的生理狀態。

性成熟的體長是一個連續變化的過程，通常會繪製性成熟曲線（maturity curve），該曲線顯示不同體長魚的性成熟比例。$L_{50}$ 是這條曲線的中點，即當魚的體長達到 $L_{50}$ 時，其有 50% 的機率是性成熟的。

$L_{50}$ 是漁業生物學和資源管理中的一個重要參數，原因如下：

1. 繁殖潛力評估：了解魚群的性成熟體長有助於評估其繁殖能力。

Bycatch species（混獲物種）是指在捕撈特定目標魚種（target species）的過程中，意外捕獲到的非目標魚種，包括其他魚類、無脊椎動物、海龜、海鳥、海洋哺乳動物等。

混獲是漁業活動中一個重要的環境議題，原因如下：

1. 資源浪費：許多混獲的物種雖然被捕獲，但並非漁民的目標，可能被丟棄（discarded），造成資源的浪費。
2. 生態影響：混獲可能對非目標物種的族群數量造成壓力，特別是那些繁殖率低、易受影響的物種（如鯊魚、海龜、鯨豚等），可能導致其族群量下降，甚至瀕臨滅絕。

Natural mortality（自然死亡率）是指魚群在沒有捕撈壓力下，由於各種非人為因素導致的死亡率。這些因素包括：

1. 天敵：被其他魚類、鳥類、哺乳動物等捕食。
2. 疾病與寄生蟲：感染疾病或受寄生蟲侵害。
3. 環境因素：如極端溫度、缺氧、棲地破壞、污染等。
4. 衰老：個體自然衰老死亡。

Natural mortality 通常用符號 $M$ 表示，並常假設為一個常數（或隨年齡變化的常數），其單位通常是每年（$year^{-1}$）。

Fishing mortality（漁撈死亡率）是指由於漁業捕撈活動導致的死亡率。這包括：

1. 直接捕撈：魚被漁具捕獲並成為漁獲物。
2. 被丟棄的魚：作為混獲被捕獲但隨後被丟棄，但這些魚可能因受傷或壓力而死亡。

Recruitment（補充）是指新一代的魚苗經過一段時間的成長與存活後，加入到可被漁業捕獲的年齡或體型大小的族群中。換句話說，這是指一個魚群中，能夠被捕撈的個體數量增加的過程。

Recruitment 的時間點通常不是一個瞬間，而是一個過程，它取決於：

1. 繁殖成功率：親魚的產卵量、受精率、卵的存活率。
2. 幼體存活率：從孵化到幼魚階段的存活率，這受到食物供應、捕食壓力、環境條件等影響。

Maximum Sustainable Yield（最高續獲量），簡稱 MSY，是指在給定環境條件下，對一個魚群進行持續的捕撈，每年所能獲得的最大漁獲量，而不會對魚群的繁殖能力和未來產量造成長期損害。

MSY 的概念基於魚群的再生能力。當魚群數量較少時，其生長和繁殖速率相對較低；當魚群數量達到某個中間水平時，其總生產力（出生率減去自然死亡率）最高，此時的魚群數量稱為「最大續獲量種群規模」（$K/2$，其中 $K$ 為環境容量），在此種群規模下，每年可捕撈的最大量即為 MSY。

Surplus production（剩餘生產量），或稱生產力（biomass production），是指在特定時間內，魚群的總生物量（biomass）的增加量，扣除該時間內因自然死亡而損失的生物量後所剩餘的部分。簡單來說，它代表了魚群每年能夠產生的、可供捕撈的額外生物量。

Surplus production 的概念是 MSY 模型（如 Schaefer 模型）的基礎。這些模型假設魚群的總生產力（包括生長和繁殖）與其種群規模有關，通常在種群規模達到環境容量的一半時達到最大。

Surplus production 的計算公式可以簡化為：

Density dependence（密度依賴性）是指一個族群的出生率、死亡率或遷徙率等參數，會隨著族群密度的變化而變化的現象。當族群密度增加時，這些參數會朝著降低族群增長的方向變化；反之，當族群密度減少時，這些參數會朝著增加族群增長的方向變化。

在漁業資源管理中，密度依賴性是一個重要的概念，因為它影響著魚群的動態和資源的再生能力。常見的密度依賴性效應包括：

1. 競爭：當族群密度高時，個體之間的食物、空間、棲地等資源競爭加劇，導致生長變慢、死亡率升高、繁殖成功率下降。

Stock（魚群/種群）的定義在漁業管理中至關重要，它指的是一個在空間和時間上相對獨立、具有可辨識特徵的魚類族群，其成員之間可以進行繁殖，並且其數量動態（如出生、死亡、成長、遷徙）相對獨立於其他族群。

1. Definition of a Stock (10 points)

一個「stock」通常具備以下幾個關鍵特徵：

• 空間隔離 (Spatial isolation)：Stock 的成員通常聚集在特定的地理區域，並且在繁殖季節傾向於聚集在固定的繁殖場，其個體之間的遷徙範圍有限，與其他地理區域的同種魚類交流較少。
• 繁殖隔離 (Reproductive isolation)：Stock 的成員主要與同一 stock 的其他成員進行繁殖，形成一個獨立的繁殖單位。雖然偶爾可能發生雜交，但其主要繁殖對象是內部成員。
• 可辨識特徵 (Discernible characteristics)：Stock 的成員可能在形態學（如體型、顏色、鰭條數）、遺傳學（如基因頻率）、生態學（如食性、成長速率）或行為學（如遷徙模式）等方面表現出與其他 stock 的差異。
• 數量獨立性 (Demographic independence)：Stock 的出生、死亡、成長和遷徙等人口統計學特徵，相對獨立於其他 stock。這意味著對一個 stock 的捕撈壓力或環境變化，其影響主要局限於該 stock 內部，而對其他 stock 的影響較小。

在實際漁業管理中，我們通常將具有上述特徵的同種魚類，在特定海域內的族群，視為一個可管理的 stock。例如，台灣東北角和台灣西南角的黑喉，可能被視為兩個不同的 stock，因為牠們的地理分布、繁殖時間和族群動態可能有所不同。

2. Methods for Discriminating Stock (15 points)

區分不同的 stock（stock discrimination）是漁業管理的第一步，因為管理措施需要針對特定的 stock 進行。常用的方法包括：

• 形態學方法 (Morphological methods)：
  • 外部形態：比較不同地理區域魚類的體型比例、鰭條數、鱗片數、體色等外部特徵。

CPUE（Catch Per Unit Effort，單位努力量漁獲量）是衡量漁獲努力量效率的指標，常用來估計魚群的相對資源量。然而，原始的、未經標準化的 CPUE（nominal CPUE）往往存在嚴重的偏差（bias）。

1. Why nominal CPUE can be severely biased? (10 points)

Nominal CPUE 是直接由原始數據計算的平均值，例如以年為單位計算平均值。這種簡單的平均方法忽略了影響漁獲效率的各種潛在因素，導致其無法準確反映資源量的變化。其偏差主要來自以下幾個方面：

• 漁獲努力量單位的不一致 (Inconsistent units of effort)：

  • 漁具的改變：漁民可能隨著時間改變漁具的類型、尺寸、網目大小、數量等，這些改變會影響漁獲效率，但 nominal CPUE 並未將其納入考量。
  • 作業時間的變化：例如，拖網漁船每天的作業時間可能因天氣、設備維修等原因而變化，單純以「日」作為努力量單位可能不準確。

• 漁具的適應性 (Vessel/gear specific effects)：

  • 船隻效率差異：不同船隻的性能（如馬力、速度、船齡）不同，會影響其捕撈效率。
  • 漁具的改良與經驗：漁民會不斷改進漁具，或累積豐富的作業經驗，使得同一類型的漁具在不同時間或不同船隻上的效率可能不同。

• 環境和生態因素 (Environmental and ecological factors)：

  • 魚群的分布變化：魚群的分布會隨季節、水溫、水流、棲地變化而改變。漁民可能會主動或被動地前往魚群較多的區域作業（選擇性捕撈），這會提高 CPUE，但實際上資源量可能並未增加。
  • 水溫、鹽度、月相等：這些環境因子會影響魚的活動和被捕獲的機率。
  • 目標魚種的行為：魚的聚集行為、活動範圍等變化。

• 漁業管理措施的影響 (Impact of management measures)：

  • 禁漁區/禁漁期：這些措施會影響漁民的作業範圍和時間，進而影響 CPUE。
  • 最小採捕體長：若管理措施導致漁獲物中較大魚減少，而這些魚的 CPUE 可能較高，進而影響整體 CPUE 的解釋。

• 漁獲努力量的「有效性」變化 (Changing "effectiveness" of effort)：

  • 技術進步：導航設備、聲納、通訊技術的進步，使得漁民更容易找到魚群，提高了單位努力量的捕撈效率。
  • 漁民的搜尋行為：漁民會根據經驗尋找魚群，當資源量較高時，搜尋時間短，CPUE 高；當資源量低時，可能需要更長的搜尋時間，CPUE 低。 nominal CPUE 無法區分這是資源量下降還是搜尋時間增加。

因此，nominal CPUE 實際上是「資源量」與「漁獲效率」的乘積。當漁獲效率發生變化時，即使資源量不變，nominal CPUE 也會改變，從而產生偏差。

2. How to conduct a CPUE standardization? (15 points)

CPUE 標準化（CPUE standardization）的目標是移除或控制上述影響漁獲效率的因素，從而得到一個能更準確反映魚群資源量變化的指數。常用的方法是建立統計模型，將 CPUE 作為因變數，將影響漁獲效率的因素作為共變數（covariates）。

主要的統計模型包括：

• 廣義線性模型 (Generalized Linear Models, GLM)：
  • 模型結構：$CPUE \sim \text{Distribution}(\text{link function}( \beta_0 + \sum \beta_i X_i + \epsilon ))$
  • 因變數 (Response variable)：CPUE。

Kobe plot（科比圖）是一種將魚群資源量（Biomass, B）與漁撈死亡率（Fishing mortality, F）相對於參考點（Reference points）進行視覺化的圖表，常被用來評估魚群的健康狀況和管理成效。它通常包含四個象限，分別代表四種不同的魚群狀態。

Kobe plot 的橫軸通常代表相對資源量 (B/BMSY)，其中 $B_{MSY}$ 是產生最大續獲量 (MSY) 時的資源量；縱軸則代表相對漁撈死亡率 (F/FMSY)，其中 $F_{MSY}$ 是產生 MSY 時的漁撈死亡率。

1. Status of the four fish stocks (10 points)

Kobe plot 的四個象限（或稱四個區域）及其代表的魚群狀態如下：

• 左上象限 (F > FMSY, B < BMSY)：

  • 狀態：資源量低於 MSY 水平，且漁撈死亡率高於 MSY 水平。
  • 意義：這是最危險的區域，表示魚群已經過度捕撈，資源量不足以支持永續生產，並且捕撈壓力仍然過大。魚群處於過度捕撈且資源枯竭的狀態。

• 右下象限 (F < FMSY, B > BMSY)：

  • 狀態：資源量高於 MSY 水平，且漁撈死亡率低於 MSY 水平。
  • 意義：這是最理想的區域，表示魚群資源健康，捕撈壓力適中，處於永續管理的狀態。魚群處於資源充裕且捕撈適度的狀態。

• 左下象限 (F < FMSY, B < BMSY)：

  • 狀態：資源量低於 MSY 水平，但漁撈死亡率低於 MSY 水平。
  • 意義：魚群資源量不足，但捕撈壓力已經得到有效控制。這種狀態表明魚群有潛力恢復。魚群處於資源量不足但捕撈已減緩的狀態。