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。     

塞拉利昂海域雨季深海声学散射层生物垂直迁移现象分析

应用2021年5月西北非塞拉利昂海域中上层渔业资源与环境调查的船载Simrad EK60科学渔探仪(38 kHz)数据,对深海声学散射层生物的垂直迁移过程和迁移量进行分析研究。结果表明：EK60探测范围内,277～563 m水层存在深海声学散射层;该层部分生物日落时分上升、日出时分下降,上升和下降活动持续时间均约为3.10 h;迁移活动以变速运动形式分2～5层进行,且迁移中会发生层间的分离与聚合现象;净垂直下降速率均值为4.30 cm·s^-1,大于净垂直上升速率均值3.41 cm·s^-1;上升后,深海声学散射层内NASC值减少62.63%～92.70%,绝大部分进入96 m以浅的浅水层中;下降后,深海声学散射层内NASC值增加45.59%～79.79%,占浅水层内减少NASC值的32.71%～98.67%。     

黄海太平洋磷虾回波映像识别与资源密度评估

太平洋磷虾是黄海生态系统中浮游动物的关键种。为准确评估太平洋磷虾的资源密度,基于2010年1月黄海渔业资源调查过程中采集的声学和生物学数据,利用SDWBA目标强度理论模型,研究了太平洋磷虾38和120 k Hz目标的回声散射特性,并根据2个频率平均体积散射强度的差值(简称频差技术),开展了太平洋磷虾回波映像识别及资源密度评估研究。结果显示,太平洋磷虾的目标强度与其倾角和体长密切相关;120k Hz的目标强度明显高于38 k Hz,且两个频率的有效平均目标强度之差随着磷虾体长的增加而减小。数据处理结果显示,两个频率回声数据的平均体积散射强度(MVBS)呈线性关系,120 k Hz的MVBS比38 k Hz高约14.1 d B,与理论仿真结果一致;回声散射层内太平洋磷虾的资源密度为1.8~2531.8尾/m3,均值为255.1尾/m3。本研究对利用渔业声学技术开展浮游动物资源评估具有借鉴意义,未来还需要进一步对太平洋磷虾目标强度模型参数及目标识别方法进行完善,以提高其资源密度声学评估的准确度。     

南极磷虾渔船船速对科学探鱼仪有效探测深度的影响

渔业资源声学调查评估的基本条件之一是科学探鱼仪的有效探测深度可以覆盖目标的主要分布水层.针对利用渔船采集声学数据开展南极磷虾资源调查评估,本研究基于后处理方法获得声学数据背景噪声强度,建立一种科学探鱼仪有效探测深度的评估方法,并以南极磷虾渔船"福荣海"轮为例,评估船速变化对该船船载Simrad EK60型科学探鱼仪(3...     

红水河岩滩水库鱼类资源声学评估

为评估梯级开发下渔业资源变化情况,2015年9月采用分裂波束鱼探仪EY60(120 kHz,250 W)对红水河岩滩水库库区及上游江段鱼类资源进行声学调查,并结合渔获物统计和地理统计分析对鱼类时空分布进行分析,评估鱼类资源量。结果显示整个调查区域的鱼类资源密度为(0.53±2.11)尾·m~(-2)(±SD),从水坝上游至库区呈增长趋势,鱼类资源密度水平分布与水深无显著相关关系。垂直分布方面,鱼类主要分布在30 m以内水层;不同大小个体对水深有一定的选择性,小个体鱼类(10 cm)约86.2%分布在30 m水层之内;大个体(30 cm)有44.7%分布在40 m以下水层。基于鱼类分布GIS建模,估算调查区域鱼类资源量为6.57×10~7尾。     

基于声学映像的南海灯光罩网渔业中鲣的时空分布

基于灯光罩网和EY60科学探鱼仪采集鲣(Katsuwonus pelamis)的生物学数据与声学映像,通过分析后向体积散射强度Sv (dB)、平均目标强度TS (dB)及单位采样体积的平均鱼类数目(Nv)等信息,研究鲣的时空分布与现场目标强度变化.S13站位的鲣平均叉长(362.20±35.73) mm,S14站位的鲣...     

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。     

声学仪器间干扰信号的消除及其在南极磷虾集群研究中的应用

为充分利用渔船采集的声学数据,基于Echoview渔业声学数据后处理软件的相关功能模块,建立了一种强干扰背景下的回波映像集群信号提取方法,并针对2011年2月在南奥克尼群岛周边水域采集的南极磷虾集群数据进行了应用研究,有效消除了回声数据中的强干扰信号。还原后的磷虾集群数据显示,南极磷虾集群具有明显的昼夜垂直移动特征,白天虾群几何中心分布水层的平均深度为77.4 m,虾群平均厚度为10.8 m;夜间分布水层变浅,平均深度为41.2 m,平均厚度为8.8 m。     

摄食不同粒径颗粒饲料的凡纳滨对虾发声信号特征

对虾摄食时会被动发声。研究不同粒径的颗粒饲料对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)摄食发声信号特征的影响,可为基于摄食发声信号的自动投喂等应用提供理论依据。基于被动声学方法,在实验室水箱中采集凡纳滨对虾(体长9～10 cm)摄食不同粒径颗粒饲料(粒径为0.4、0.8和1.2 mm)的发声信号。对其摄食发声信号波形图、时频图和频谱图的分析表明,对虾摄食不同粒径颗粒饲料的声音信号特征相似,频率介于5～45 kHz,其中摄食0.4和0.8 mm的声音信号谱峰中心频率约17 kHz,摄食1.2 mm的平均约10 kHz;对虾摄食沙蚕(Nereis succinea)信号的频率范围和谱峰中心频率与摄食颗粒饲料相比有明显区别,摄食沙蚕声音信号频率介于5～20 kHz,谱峰中心频率约7 kHz;与养殖现场虾塘中凡纳滨对虾摄食发声信号对比发现,虾塘信号特征与实验室中的相似,区别在于虾塘信号无在高频区域的次主峰。     

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。     

南海中南部中层鱼资源声学积分值及时空分布初探

本研究利用Simrad EK60科学探鱼仪(38 k Hz)于2013年春季和2014年春季采集的南沙和中沙、西沙海域渔业声学数据,结合中层拖网取样,采用回声积分法研究了南海中南部中层鱼的资源量及其时空分布特征。结果显示,2014年春季中、西沙海域9次中层拖网作业共捕获和鉴定鱼类和头足类79种,隶属于3纲16目37科60属,其中硬骨鱼纲的种类最多(65种),鞘亚纲次之(13种),软骨鱼纲1种,硬骨鱼纲中巨口鱼科、灯笼鱼科和钻光鱼科的种类最多,分别有20种、13种和6种;南沙海域中层鱼声学积分值(nautical area scattering coefficient,m~2/nmi~2)显著低于中沙、西沙及邻近海域,前者夜间向上迁移的强度高于后者;2013年春季南沙海域夜间10~200 m和白天200~1000 m声学积分值构成没有显著差异(P0.05),而2014年春季中沙、西沙海域夜间10~200 m和白天200~1000 m声学积分值构成有极显著差异(P0.01);南沙海域白天200~1000 m不同纬度组间中层鱼声学积分值构成有极显著差异(P0.01),中沙、西沙海域声学积分值构成亦有极显著差异(P0.01);南海中南部中层鱼声学积分值是(2387±601)m~2/nmi~2,基于现存公开发表的中层鱼的声学目标强度数据并取其均值,推算南海中南部中层鱼资源量是(8200±2100)万t。研究表明,南海中南部中层鱼声学积分值比全球平均值高约29.2%,可能是我国未来具有开发价值的大宗生物资源。     

商用探鱼仪南极磷虾声学图像的数值化处理

为充分利用渔船所获渔业资源的分布信息,提出了一组商用探鱼仪声学图像数值化处理方法,并将其应用于以数码相机拍摄的南极磷虾回波图像处理,对南极磷虾的集群特征进行了研究.通过对图像进行拍摄角度与亮度调整等预处理、像素色彩标准化与二值化处理后,对虾群厚度、密度中心以及相对集群密度等集群特征进行了分析.30幅图像的处理结果表明,图像所示虾群的平均厚度范围为5.6～55.8 m,中值厚度为25.7m,均值厚度为27.1 m;虾群密度中心所处水深为40.0～156.5m,中值水深为68.8m,均值水深为77.3 m.磷虾的集群特征存在较为明显的昼夜变化,白天集群密度高、厚度小,夜间密度低、厚度大.本研究所述方法为利用渔船商用探鱼仪进行渔业资源研究提供了一种有效技术手段.     

基于声学测量方法的大伙房水库鱼类资源季节变动特征

2012年7月19～21日,9月14～16日及2013年5月12～14日,使用分裂波束科学鱼探仪（70 kHz）对辽宁省大伙房水库进行了鱼类资源声学调查,并选择上、中、下游站位进行了水文参数调查。分析库区内鱼类密度分布的季节变动,评估渔业资源现存量。结合水文参数讨论了鱼类垂直空间分布的季节变动。结果表明,春季鱼类主要在0～10m、夏季在5～15m、秋季在10～20m水层分布。不同季节的水平分布,春季鱼类呈小集群在库区均匀分布;夏季主要集中在上、中游;秋季主要集中在下游分布。库区水温和溶解氧（DO）随季节变化较大,鱼类分布受水温影响较大,主要在温跃层以浅水层分布。秋季库区水文条件相对其他季节稳定,无明显温跃层,鱼类回波成垂直分散状态,更适合声学调查和资源评估。9月库区资源现存量约为1 522t。     

Causes and effects of underwater noise on fish abundance estimation

The power of modern research vessels using diesel engines means significant levels of noise may be radiated underwater. At low frequencies a surveying vessel must not cause fish avoidance behaviour when it is using trawl or acoustic assessment methods. All the main mechanisms that form the essential propulsion system are described and discussed in terms of underwater radiated noise. Diesel engines, generators and propulsion motors contribute significantly to the low frequency spectrum and an illustration is given of underwater noise when an unsuitable propulsion system is used. Avoidance behaviour by a herring school is shown due to a noisy vessel, by contrast there is an example of no reaction of herring to a noise-reduced vessel. Propellers are major sources of both low and high frequency noise. The latter should not reduce echo sounder detection range, nor contaminate echo integrator recordings. Underwater noise levels from four vessels with different machinery and propulsion characteristics are seen in relation to ambient noise levels at 18 kHz. Fish detection is examined in relation to sea background noise and vessel self-noise. Calculated detection ranges for fish target strength classes from –30 to –60 dB at 38 kHz are shown for six vessels travelling at 11 knots, based on self-noise measurements. Echo sounder noise levels from several vessels at 120 and 200 kHz are tabulated. Beyond 100 kHz the effect of vessel-radiated noise is usually insignificant; levels up to that frequency are proposed in the International Council for the Exploration of the Sea (ICES) Cooperative Research Report No. 209 of 1995.     

Meridional patterns in the deep scattering layers and top predator distribution in the central equatorial Pacific

The deep scattering layers (DSL) in the central equatorial Pacific form an important prey resource in a relatively oligotrophic habitat. In March of 2006, we used a calibrated 38‐kHz SIMRAD EK60 scientific sonar to assess the spatial distribution of the deep scattering layer relative to broad‐scale oceanographic features and fine‐scale physical and biological measurements. We conducted a single continuous transect from approximately 10°S to 20°N at 170°W while measuring acoustic backscatter, current velocity and direction, temperature, salinity, oxygen, and fluorescence with depth, coincident with marine mammal occurrence. These data were combined with remotely sensed sea surface height, chlorophyll, and sea surface temperature data to examine patterns in DSL distribution. To analyze DSL density with depth, acoustic backscatter was binned into surface (<200 m), mid (200–550 m) and deep (550–1000 m) layers. Backscatter was highly correlated with chlorophyll‐a and low sea surface height anomalies and was greatest near the equator. We found high diel variability in DSL depth and scattering intensity between the mid and surface layers as well as a shallowing of the deep layer moving northward across the equator. Marine mammal sightings consisted primarily of odontocetes with their distribution coincident with higher acoustic densities of their forage base. Shifts in DSL distribution and scattering intensity are an important component towards understanding the behavior and distribution of highly migratory predator species.     

基于水声学的北江石角水库鱼类资源季节变动及行为特征研究

石角水库位于广东省北江清远水利枢纽和飞来峡水利枢纽之间,是北江干流第一座梯级电站河道型水库。由于水坝阻隔及其他人类涉水活动影响,库区渔业资源呈严重衰竭趋势。为了解其鱼类资源现状,采用分裂波束渔探仪EY60(120 k Hz,200 W)于2015—2016年对库区鱼类资源及种群行为特征进行调查评估。结果显示,鱼类密度、鱼类行为及垂直分布均存在明显的时空差异,且鱼类个体呈现小型化。2015年12月、2016年3月和2016年6月鱼类平均密度分别为(0.008±0.0125)ind/m3、(0.1601±0.1123)ind/m~3和(0.0405±0.0449)ind/m~3。不同季节鱼类密度存在显著差异(P0.05),冬春季节(12月、3月)鱼类主要集中于库首区域,夏季(6月)库尾为高密度区域。从垂直分布来看,鱼类主要分布于4~12 m水层,且不同区域间存在显著差异(P0.01)。不同季节鱼类洄游行为差异明显,具体表现为夏季鱼类主要从库首向库尾水平洄游,垂直方向为向下洄游,而冬季则相反。本研究初步探明石角水库鱼类资源分布及其行为特征,也表明声学方法在研究较大空间尺度鱼类行为方面的适用性,研究结果可为北江渔业资源管理与保护提供参考依据。     

珠江首次禁渔西江段鱼类资源声学跟踪监测分析

2011年珠江开始实行禁渔期制度。该研究采用 Simrad EY60鱼探仪,分别于2010年5月19日和2011年5月22日对珠江西江段进行了走航式探测。结果显示,珠江禁渔期期间西江段鱼类资源密度增加,2010年和2011年鱼类平均密度分别为0.0513尾·m -3和0.1068尾·m -3,根据渔获物调查数据,推算增幅分别为广东鲂（Megalo-brama terminalis）47.85％、赤眼鳟（Squaliobarbus curriculus）18.54％、鲮（Cirrhina moitorella）10.87％和鳊（Parabra-mis pekinensis）6.25％;两年西江段深水区域鱼类密度均较大,尤其是水底结构为凹形区域,鱼类有明显的聚集现象;浅水区域且底部较平整的水域,鱼类分布分散且密度较低;垂直分布方面,鱼类主要分布4--10 m 中下层水层。珠江禁渔期的实施,在一定程度上保护了鱼类的产卵亲体繁殖,对鱼类资源数量的补充起到了增殖作用,同时在很大程度上护养了鱼类的自然生长,起到了资源增重作用。     

罗非鱼声控投饵方法

鱼类的摄食活力可以用摄食过程发出的声音直接测量。本研究通过构建声学监测平台,应用带宽1 Hz-470 kHz,在40 kHz以下自由场电压灵敏度级-217 dB(基准值为1 V/μPa)的水声检测设备,采集罗非鱼摄食过程中产生的声信号,分析其摄食活力。研究表明,罗非鱼摄食时发出的声音在0-6 kHz可区分于背景噪声,其声功率与摄食活力呈正相关。声功率移动平均值反应鱼摄食活力趋势,可作为食欲反馈,结合生长模型和投喂模型可以组成投饵策略。     

黄河小浪底水库主河道水域渔业资源声学评估

2013年11月25日和2014年5月22日,使用分裂式波束科学鱼探仪(Simrad EY60,70 kHz,挪威)对黄河小浪底水库库尾大坝至黄河三峡段主河道的渔业资源进行了2次声学调查。通过对鱼类目标强度的现场测量,使用回波积分方法对库区内不同区域鱼类资源平均密度、资源量和空间分布进行了探查和评估。结果表明,2013年11月和2014年5月库区内调查水域声学积分值(nautical area scattering coefficient,NASC)分别为29.38 m²/nm²和49.77 m²/nm²,对应的鱼类资源平均密度分别为0.016 尾/m²和0.290 尾/m²,资源量分别为41.56 t和606.70 t。库区调查区域鱼类密度的空间水平分布,在大坝附近、主河道中游、上游以及黄河三峡2013年11月分别为0.016、0.023、0.024和0.009 尾/m²,2014年5月分别为0.848、0.248、0.077和0.083 尾/m²。2013年11月鱼类资源主要集中于主河道中上游水域,而2014年5月则主要集中于主河道中下游水域。鱼类的垂直分布显示了层状分布特征,黄河三峡段鱼类主要分布于10～20 m水层,其他主河道区域则主要分布在表层以及20～30 m水层。2013年11月和2014年5月鱼类目标强度分别以-59.5 dB和-56.5～-53.5 dB所占比例最高,体长较小且经过半年体长有所增加。研究表明,声学方法适用于黄河小浪底水库渔业资源调查。