渔业声学数据后处理中积分阈的选择与优化I:目标离散分布状态下积分阈的确定

积分阈是渔业声学数据后处理中对回声信号进行积分的临界值，是参与积分的最弱回声信号的体积反向散射强度。通过合理设置积分阈，能在保留目标信号的同时有效地消除噪音和非目标回声信号，从而提高渔业资源声学评估的准确性。为研究目标离散分布状态下选择和优化积分阈的方法，推导了单体目标体积反向散射强度与目标强度之间的函数关系，提出了利用鱼类目标强度-体长经验公式和目标强度现场数据确定积分阈的两种方法，并以黄海鳀的调查为例，对上述两种积分阈确定方法进行了应用探讨，为渔业资源声学评估数据处理中目标离散分布状态下积分阈的选择与优化提供了有效参考。     

多鳞鱚目标强度的模型法研究

鱼类目标强度测量是渔业水声学工作的核心内容之一。本研究采用基尔霍夫近似模型对19尾多鳞鱚(Sillago sihama)样品的理论目标强度进行近似计算,模型计算所需鱼类形态学参数由中国水产科学研究院南海水产研究所所属X光机(SOFTEX M-100)拍摄X光影像获得。通过编程计算获得多鳞鱚不同频率下目标强度随姿态倾角的变化图案,并通过数据拟合方法建立了不同频率和倾角分布函数下多鳞鱚目标强度随体长变化的经验公式,并与常规的b20表式进行对比。结果表明:在70 kHz、120 kHz和200 kHz 3种频率下多鳞鱚目标强度的倾角变化图案呈多峰状特征分布,且频率越高目标强度对倾角变化越敏感,波峰数增加,目标强度最大值对应的倾角增大。70 k Hz下多鳞鱚目标强度最大值出现在–15°~5°,120 k Hz和200 k Hz下目标强度最大值则出现在–10°~0°,且各频率下目标强度最大值出现的位置各不相同。不同频率及倾角分布函数下多鳞鱚目标强度随体长变化特性各不相同,其中在角度函数为(–5°,15°)、频率为120 kHz,以及角度函数为(0°,10°)、频率为200 k Hz时目标强度对体长经验公式和常规的b_(20)表式曲线基本重合,拟合度较高,可将常规的b20表式直接用于多鳞鱚的资源评估;而其他情形下2种表式存在一定偏差,采用直接拟合的参数方程更为恰当。研究表明,基尔霍夫近似模型能够很好地反映多鳞鱚的目标强度特性,可为中国南海近岸鱼类目标强度研究提供有益借鉴,为提高渔业资源水声学评估的准确度和可信度提供科学依据。     

渔业声学数据后处理中积分阈的选择与优化Ⅰ:目标离散分布状态下积分阈的确定

积分阈是渔业声学数据后处理中对回声信号进行积分的临界值,是参与积分的最弱回声信号的体积反向散射强度.通过合理设置积分阈,能在保留目标信号的同时有效地消除噪音和非目标回声信号,从而提高渔业资源声学评估的准确性.为研究目标离散分布状态下选择和优化积分阈的方法,推导了单体目标体积反向散射强度与目标强度之间的函数关系,提出了利...     

基于水声学方法的东洞庭湖鱼类空间分布和资源量评估

2015年7月11—17日期间,通过使用回声探测仪(Simrad公司EY60型,200 k Hz换能器)对东洞庭湖的鱼类资源进行了探测评估。结果表明,调查航段的鱼类平均目标强度(目标鱼类对声波的反射能力)为(-51.24±5.66)d B,平均体长约为12 cm,体长范围为2~125.8 cm,不同区域间的鱼类目标强度(即鱼类大小)差异性显著。所有调查航段中鱼类密度1.223~1 534.2 f/1 000 m3之间,均密度为186.3 f/1 000 m3,不同区域间鱼类密度差异性显著,中部湖区(CEC航段)鱼类密度较高。应用资源密度体积法估算东洞庭湖鱼类资源量约为2.36×108f,其中目标强度在-43 d B(体长约28 cm)以下的鱼类占95.5%。     

浒苔声反射特征的实验测定

以2008年夏季在中国黄海中南部海域引起绿藻暴发的主要种类浒苔(Enteromorpha prolifera)为研究对象,在消声水池内利用经过校正的、工作频率为70 kHz的Simrad EY500回声探测-积分系统对其声反射特征进行测定,根据浒苔的回声积分等测定值建立了浒苔声反射强度与浒苔密度关系的定量表达式.实验结果显示,浒苔是有效声散射体,其体积反向散射强度(Sv,dB)与浒苔密度(p,g/m3)之间的关系为Sv=17.31g p-95.9,与鱼类目标强度和体长关系具有类似的表述模式.结果证实渔业声学原理和现行渔业声学仪器、方法同样适用浒苔的探测,水声技术可成为下沉浒苔快速监测的有效手段.实验同时显示,浒苔的声散射特征具有其特殊的复杂性,这可能与其可通过光合作用产生气体(氧气)有关.因此,若欲利用声学方法对下沉浒苔资源进行定量评估调查,需对浒苔的生理生化特征进行同步观测研究.     

基于Echoview声学数据后处理系统的背景噪声扣除方法

基于2012年2~3月南海中部鱼类资源声学调查资料,利用Echoview系统中虚拟变量模块的功能,探讨扣除背景噪声对声学映像、单脉冲回声信号图、海里面积散射系数(NASC)和体积反向散射强度(Sv)的影响。结果显示,背景噪声对120kHz数据的干扰明显强于38kHz;随着水深逐渐增加,扣除背景噪声后,120kHz声学映像变化亦比38kHz更加明显;扣除背景噪声时,换能器表面1m处的Sv值在不断改变过程中,相同水层中不同频率数据的NASC和Sv的变化差异明显,其差异程度因具体水层而异,相同频率数据在不同水层的NASC和Sv的变化差异亦明显。分析认为,扣除背景噪声非常必要;本研究的方法能够较好地排除背景噪声,是提高资源评估准确度的有效手段。     

海洋渔业资源声学评估技术及在南极磷虾资源声学评估中的应用

声学方法评估渔业资源于20世纪70年代开始在国际上推广。如今,声学方法已成为海洋生物资源评估的重要手段。我国于2009年启动南极海洋生物资源开发项目,越来越多的研究目光投向南极磷虾资源。作为南大洋生态系统中的关键物种,南极磷虾具有复杂的集群和生物特性,其资源评估的准确性尚有较多限制因子。作为传统资源评估的重要补充和延伸,声学技术在南极磷虾资源的评估上日益受到重视。本文在总结声学资源评估一般过程(航线设计、声学仪器校正、数据采集、目标强度确定、数据处理及生物量评估等)的基础上,结合南极磷虾的集群特点,分析了声学技术在南极磷虾资源评估上的应用及面临的问题(如,背景噪音剔除、种类鉴别和目标强度确定等)。     

南极磷虾生物量估算方法

南极磷虾是南大洋生态系统食物网中的关键种,在南大洋中上层生态系统中起着至关重要的连接作用,其资源的养护和持续利用受到国际社会日益关注。磷虾研究已有90多年的历史,其生物量及其分布一直是研究的重点。生物量评估方法也在不断发展,从早期的浮游动物干重法、生产量与生物量比例系数转换法,到网具采样法以及现在流行的声学法,评估手段也变得更为高效。本文通过系统梳理磷虾生物量的主要评估方法,分析其优缺点,并着重从磷虾目标强度模型(TS)参数的海上实测、声学数据中磷虾信号的提取,磷虾单位平方海里声学反射系数(NASC)的计算,基于渔船声学数据修正磷虾渔业单位捕捞努力量渔获量(CPUE),基于渔船声学数据的磷虾集群、洄游和渔场形成机制研究等5个方面对现行生物量声学评估法提出改进建议,提高资源评估的精度,以期为磷虾生物资源的开发与管理提供科学依据。     

南海鸢乌贼水声学测量和评估相关技术研究

利用双频（38 kHz、120 kHz）Simrad EK60和频率分别为70 kHz和120 kHz的2部Simrad EY60科学探鱼仪于2013年获得的南海鸢乌贼（ Sthenoteuthis oualaniensis）声学调查资料,对鸢乌贼的目标强度（ TS）和空间分布、浮游动物的干扰、频差技术的应用等内容进行了分析。结果表明,以灯光罩网取样对鸢乌贼TS进行现场测量是可行途径;自然条件下鸢乌贼声学映像不明显,光诱条件下鸢乌贼开始聚集,22：00前主要分布于10~50 m和55~80 m水层,22：00后主要分布于10~35 m、50~75 m和115~155 m水层;浮游动物和深海鱼类是鸢乌贼声学探测的重要干扰,尤其是夜间,设置积分阈要考虑不同时间段的影响;频差技术是鸢乌贼声学映像鉴别的重要方法,应深入研究。     

南极南奥克尼群岛2017年春季南极磷虾资源声学评估

南极磷虾（Euphausia superba）为南大洋中上层生态系统的关键种，对其生物量的研究有助于更准确地掌握磷虾的生态和分布信息。基于2017年我国南极磷虾声学调查采集的断面回波映像，应用声学回波后处理软件（Echoview），评估了南奥克尼群岛周边水域的磷虾生物量。该海域磷虾体长范围为25.50~49.21 mm，平均体长为（33.01±4.06）mm；其中雌性平均体长为（33.15±3.90）mm，雄性平均体长为（32.68±4.43）mm，雌、雄磷虾体长无显著性差异。本海域声学映像可分为1338个积分单元，最大单元磷虾密度为554.07 g/m²，最小单元密度值为0 g/m²。调查海域磷虾分布不均匀，87.90%的积分单元无磷虾生物量。磷虾平均密度为71.01 g/m²，总生物量为1.77×10⁶ t，密度差异系数为97.4%。磷虾主要分布在水深<200 m的南奥克尼群岛大陆架海域，群岛东侧磷虾生物量多于西侧。积分单元中磷虾密度大于450 g/m²但小于600 g/m²的有2个，群岛东西两侧各1个；密度值大于300 g/m²但小于450 g/m²的积分单元有6个，5个位于群岛东侧。远离群岛的2个断面（1，9）和调查海域中心的2个断面（5，6）磷虾生物量较少。本海域磷虾的昼夜垂直移动对磷虾生物量评估也无影响。磷虾白天聚集在60~180 m水层，随着时间推移，磷虾逐渐向上或向下移动。光照强度是触发磷虾白天下沉、夜晚上浮的因素之一。     

基于声学映像的南奥克尼群岛海域南极磷虾集群特征

为确定南奥克尼群岛海域南极磷虾(Euphausia superba)集群特征,本研究根据2017年3-4月我国南极磷虾探捕项目采集的断面声学数据,使用通用声学数据后处理软件,研究了该海域的南极磷虾集群特征信息。本研究共检测并提取了2539个磷虾集群的高度、长度、分布深度、集群间距、集群面积及集群磷虾密度信息,其中白天集群1389个,夜晚集群1150个。通过集群特征值的统计,将该海域集群分为3类。聚类A的虾群密度最大[(19.24±27.00)ind/m~3],聚类B的虾群最深[(174.74±53.30) m],聚类C的虾群面积最大[(2868.62±2149.75) m~2]。聚类A和聚类B的集群长度无显著性差异(P0.05),聚类A和聚类C的集群深度无显著性差异(P0.05)。A类集群主要分布在南奥克尼群岛北部及西北部的深水区,水深1000 m。B类和C类集群在整个调查海域均有分布,其中B类集群多分布在群岛大陆架海域,水深200 m。不同区域的集群分布信息不同,离岛屿最远的东西两个断面集群较少,分布比较分散。本研究结果表明大部分的磷虾个体位于少数的大型集群中,集群磷虾密度和集群间距间存在正相关关系;未来通过磷虾集群与外界因子(环境因子,捕食者)相关性的研究,可以帮助我们更为准确地了解集群结构与形成机制,预测磷虾资源分布。     

Density and sound-speed contrasts,and target strength of Japanese sandeel <Emphasis Type="Italic">Ammodytes personatus</Emphasis>

Sound-speed and density contrasts (h and g, respectively), important acoustic material properties, of Japanese sandeel Ammodytes personatus were measured to estimate theoretical target strength (TS). The measured sound-speed contrast of adult fish varied between 1.016 and 1.023 (mean 1.020), and showed temperature dependence. The measured density contrast differed significantly between juvenile and adult. The density contrast of juvenile varied between 1.017 and 1.024 (1.021), and that of adult varied between 1.026 and 1.038 (1.032). Using these results, TS at 38 and 120 kHz in the fishing season were estimated by an empirical sound scattering model. TS of an individual fish varied significantly with change of tilt angle. TS of near-dorsal aspect (TS_max) and tilt-averaged TS (TS_ave) differed by up to 7 dB. At both frequencies, two different TS_ave−length relationships (TS_ave = a log L + b) were obtained for adult and juvenile. The coefficients of log L of adult were close to 20, suggesting that backscattering strength was proportional to square of body length. These values were larger in juvenile (34.0 at 120 kHz, 56.5 at 38 kHz), suggesting that backscattering strength varied drastically with the cube or fifth power of body length.     

Relationship between light and diel vertical migration of <Emphasis Type="Italic">Diaphus theta</Emphasis> and <Emphasis Type="Italic">Euphausia pacifica</Emphasis> off eastern Hokkaido

Underwater irradiance in sound-scattering layers (SSLs) during diel vertical migration (DVM) of marine organisms was investigated by a drifting vessel at locations in the western North Pacific during the period August 24–27, 2008. The inhabitants of the layers were identified via sampling as Diaphus theta, a type of myctophid fish, and Euphausia pacifica, a species of zooplankton. Underwater irradiance was estimated by the Beer–Lambert law using irradiance measurements on the deck and the diffuse attenuation coefficients obtained in the water. During DVM, the mean irradiances at 490 nm at the lower and upper boundaries of the SSL composed of E. pacifica were ?54.0 and ?45.3 dB, respectively. In contrast, the values for the boundaries of the D. theta SSL were ?82.5 and ?59.3 dB, respectively. It was possible to distinguish between D. theta and E. pacifica based on these ranges and the differences between the mean volume-backscattering strength (ΔMVBS) at 120 and 38 kHz. It was also possible to distinguish between D. theta/E. pacifica and other causes of scattering more clearly using these two parameters together than when using the ΔMVBS parameters separately. Our results suggest that underwater irradiance is an important parameter for discriminating among organisms in DVM.     

辐射沙洲海域浮游动物特征和吕泗渔场的成因分析

为探讨辐射沙洲海域浮游动物饵料变化规律和吕泗渔场的形成机制,于2012年5月(春季)和2012年9月(秋季)采集了苏北浅滩辐射沙洲核心海域浮游动物样品,通过聚集强度、方差贡献、优势度及逐步回归等指标和方法,分析了苏北浅滩浮游动物时空分布与辐射沙洲地形等环境因子的关系。结果显示:春、秋两季,浮游动物的生物量和丰度分布均表现出沙脊水域高于潮沟水域,且存在明显的季节差异。春季不同水域平均生物量分别为沙脊水域606.63 mg/m³、沟底水域428 mg/m³、沟口水域为178.55 mg/m³,秋季为沙脊水域208.01 mg/m³、沟底水域181.30 mg/m³、沟口水域60.47 mg/m³;春季不同水域平均丰度分别为沙脊水域560.76个/m³、沟底水域389.39个/m³、沟口水域161.28个/m³,秋季为沙脊水域184.15个/m³、沟底水域56.42个/m³、沟口水域112.14个/m³。春、秋季桡足类均占绝对优势。研究表明:研究水域浮游动物分布特征与地形和潮波系统有关,沙脊水域的浮游动物数量高于潮沟水域,其原因一方面是潮沟地形造成沙脊上流速较小,潮沟中流速较大,另一方面东海前进潮波与南黄海旋转潮在沙脊线附近汇合,导致处于交汇处的沙脊水域水动力较弱,因此浮游动物容易在沙脊水域集聚和摄食。苏北浅滩潮沟系统海域的饵料水平远高于其他水域,其优势种群主体为桡足类,是经济鱼类主要的饵料组分,这是吕泗渔场成为我国著名渔场的重要环境因素。     

采用声学方法研究2016年秋季布兰斯菲尔德海峡南极磷虾群昼夜垂直移动特征及其影响因素

近年来,南极磷虾渔业过于集中于布兰斯菲尔德海峡,这也使得该海区磷虾资源状况及其生态学特征日益受到关注。南极磷虾群具有较为明显的昼夜垂直移动特征,开展此方面的研究可为探索其渔场形成机制提供基础数据,并为磷虾渔业反馈式管理提供参考。基于磷虾渔船上Simrad EK80记录的相关声学数据,使用Echoview软件判别声学数据中的磷虾群体,对2016年秋季布兰斯菲尔德海峡南极磷虾群昼夜垂直移动特征进行分析,并进一步分析影响磷虾群昼夜垂直移动的因素。结果显示,3月和4月磷虾群深度基本维持在250 m以浅,虾群最大深度出现在日升时分的频次最高（22.9%）,而最浅深度出现在夜间时分的频次最高（36.0%）,同时在日升时分,虾群厚度达到最大值;白天磷虾群多集中在较深水层,夜间会上浮到较浅水层。随着月份的推移,磷虾群平均深度总体呈现加深的趋势。光强和海底深度是影响磷虾群深度变化的2个主要因素。     

Effects of stocking density and natural food availability on the extensive cage culture of pejerrey (Odontesthes bonariensis) in a shallow Pampean lake in Argentina

An experiment was conducted for 80 days at La Salada de Monasterio Lake (Buenos Aires, Argentina) to assess the effect of stocking density and natural food availability on the growth and production of zooplanktivorous juveniles of pejerrey (Odontesthes bonariensis) in extensive cage culture. Ten cages were installed and stocked with 33‐day‐old fish, at three density treatments: 25, 50 and 75 ind. m^?3. Zooplankton was analysed in terms of abundance, biomass and diversity considering three size classes. Caged pejerrey diet was assessed regularly. The pejerrey gut contents composition was clearly different from cage zooplankton, showing a trend to contain bigger components. Reared fish exhibited a tendency to diversification of the diet and to change the mean prey size depending on fish length and stocking density. Regression models showed a positive and direct effect of the bigger zooplankton biomass on fish growth rates, which were also inversely affected by the availability of smaller zooplankton. The results demonstrate that stocking density and available zooplankton, in both quantity and quality, are key factors in regulating extensive cage culture of pejerrey. Handling stocking densities in a dynamic way it is possible to maximize fish growth, biomass harvest or fish number according to the goals of production.     

Zooplankton and epibenthic fauna in shrimp ponds: factors influencing assemblage dynamics

The assemblage composition, biomass and dynamics of zooplankton and epibenthos were examined in a commercial shrimp (penaeid prawn) pond in subtropical Australia. Physicochemical characteristics of the pond water were measured concurrently. Numbers and biomass of zooplankton in the surface tows (140 μm mesh) varied from 111.7 ind. L^?1 (324 μg L^?1) to 8.3 ind. L^?1 (44.2 μg L^?1). Immediately after the ponds were stocked with shrimp postlarvae there was a rapid decline in zooplankton numbers, particularly the dominant larger copepods. We attributed this to predation by the shrimp postlarvae. Subsequent peaks in zooplankton numbers were principally due to barnacle nauplii. Changes in abundance and biomass of the zooplankton assemblage were not correlated with physicochemical characteristics. Epibenthic faunal abundance in the beam trawls (1 mm mesh) peaked at 14 ind. m^?2 and the biomass at 0.8 g m^?2. Unlike zooplankton, the peaks in abundance of epibenthos did not correspond to the peaks in biomass. This was due to the large differences in the size of the dominant taxa across the season. Sergestids (Acetes sibogae) and amphipods were the most abundant taxa in beam trawl samples, with amphipods abundance increasing towards the end of the growout. Negative correlations were found between epibenthos abundance and pH and temperature. These relationships were strongly influenced by the high abundances of amphipods and may reflect an effect on the growth of macroalgae in the pond rather than a direct effect on the epibenthos. No correlations were found between epibenthic fauna biomass and physicochemical parameters. Abundances of epibenthic fauna were not related to zooplankton densities, indicating that this source of food was not likely to be a limiting factor. Neither the pond water exchange regime nor moon phase could explain changes in abundances of zooplankton or epibenthos assemblages. Zooplankton clearly contribute to the nutrition of shrimp postlarvae immediately after stocking. The establishment of an abundant assemblage of zooplankton before stocking shrimp postlarvae would appear to be beneficial, if not essential. Later in the season, zooplankton and epibenthos apparently contribute little to shrimp biomass. Owing to their relatively low biomass, the consumption of shrimp feeds by epibenthos is likely to be insignificant compared with that of the shrimp.     

基于灯光罩网法的南海鸢乌贼声学评估技术研究

南海中南部深水海域蕴藏着丰富的鸢乌贼资源,为推动南海外海渔业资源开发,实验探索了灯光罩网与声学手段相结合的鸢乌贼资源量评估方法。根据2011年4—5月在南沙群岛海域灯光罩网和Simrad EY60科学鱼探仪同步采集鸢乌贼生物学和声学数据,对鸢乌贼的趋光性行为、种群结构、声学映像和分布水层等特征进行分析。结果表明,灯光诱集结合罩网采样可确定南海鸢乌贼的单体回波,分布于0～100 m水层;通过背景噪声消除、鱼类和浮游动物目标限定、单体目标检测等处理,确定鸢乌贼现场目标强度-67～-52 dB;选择鸢乌贼渔获比例较大的网次,统计得到鸢乌贼胴长10.4～14.2 cm,对应目标强度-60.7～-58.0 dB,胴长与目标强度经验公式为TS=21.23LogML-82.48。研究认为,声学与灯光罩网相结合的调查方法可以作为南海今后开展鸢乌贼资源量评估的基本方法。     

2020年秋季南极布兰斯菲尔德海峡南极磷虾集群时空分布

南极磷虾是南极海洋生态系统中的关键物种,具有重要的商业开发潜力,但其集群的类型与分布存在较大时空异质性,这增加了南极磷虾资源评估的难度,也对南极磷虾渔业的海上作业与企业生产安排带来了较大的挑战.为了探究布兰斯菲尔德海峡渔场内南极磷虾的集群分布和结构特征,提高渔船作业效率,基于渔船采集的声学数据,分析其时空分布特征,昼夜...