采用声学方法研究2016年秋季布兰斯菲尔德海峡 - 声学学报杂志社投稿

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采用声学方法研究2016年秋季布兰斯菲尔德海峡

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摘要：

南极磷虾通常是指南极大磷虾(Euphausia superba)，作为地球上资源量最大的单种生物之一，其在渔业资源、生态研究及南大洋海洋生态系统中均有着极为重要的地位[1]。与其他许多中上层浮游生物一样，南极磷虾也具有典型的昼夜垂直移动特性[2-7]，且这种特性存在着较为明显的时空变化[8]，但目前关于斯科舍海海域南极磷虾昼夜深度变化的直接研究较为缺乏[9]。一些学者利用渔业数据对南极磷虾的昼夜垂直移动特性及其变化进行了研究[6-7]，但这些研究均存在着一个较为明显的限制，即研究水层限制在200 m以浅。此外，有学者对昼夜垂直移动特性提出了几种机制上的解释[10]，但迄今为止，针对该研究尚无定论[4]，这为通过声学手段评估其资源量带来了较大的不确定性，尤其是对目标强度估计的影响[11]。

除了科学调查船安装声学调查设备，如Simrad EK60/80外，为了更好地开展南极磷虾渔业调查及资源评估工作，最近部分从事南极磷虾渔业作业的渔船也安装了此类设备，这为更好地开展磷虾昼夜垂直移动特性研究提供了极好的平台。首先，与科学调查船相比，安装声学设备的磷虾渔船通常位于资源密度较高的水域，这积累了大量的声学数据，但目前此类数据的有效利用率较低。其次，南极磷虾渔船通常跨季节及区域作业，这为比较南极磷虾昼夜垂直移动特性的时空变化提供了可能。为此，开展本研究为今后大批量处理分析渔船采集的声学数据奠定了基础。

近年来，布兰斯菲尔德海峡逐渐成为南极磷虾渔业的重要作业区域之一，尤其是2016年，一半南极磷虾产量来自于该水域。同时，考虑到该渔场距离多个以南极磷虾为摄食对象的企鹅[如帝企鹅(Aptenodytes forsteri)]聚集地较近，且南极磷虾渔船作业位置越来越靠近近岸水域，这也引起了多方关注。然而，相较于其他海域，目前对于布兰斯菲尔德海峡南极磷虾昼夜垂直移动方面的直接研究非常有限，这也阻碍了关于最近几年南极磷虾在该海峡大量聚集并形成良好渔场的机制解释。此外，针对秋季南极磷虾群昼夜垂直移动特性鲜有报道，而该季节较深水层南极磷虾群并未得到科学调查(含网具采样和声学调查)的重视[8]，这在较大程度上限制了该季节南极磷虾资源量的评估工作以及集群(渔场)时空分布研究。为此，本实验利用声学科学数据对秋季布兰斯菲尔德海峡南极磷虾群的昼夜垂直特征进行分析，以期为南极磷虾生态特征研究提供参考，并为该水域南极磷虾渔场形成机制的研究提供基础信息。

1 材料与方法

1.1 声学数据采集

调查时间为2016年3月1日—4月30日。调查海域为布兰斯菲尔德海峡(62°～64°S，56°～ 64°W)(图1)。调查船为中国大型拖网渔船“龙达”轮，声学数据由船上装备的Simrad EK80回声探测—积分系统采集，工作频率为38 kHz、70 kHz及120 kHz。利用声学数据后处理系统Echoview(V6.16)进行声学映像分析和积分值处理。声学仪器的主要参数设置见表1。

1.2 数据处理

本研究将积分单元格的尺寸设置为水平方向沿航线185.2 m (0.1 n mile)，垂直方向为1 m。在输出的积分单元格中，每个积分单元格即视为1 m的水层，在此基础上，读取各积分单元格中平均体积反向散射强度(dB)的值，将无效数据(–999 dB)的积分单元排除，结合声学映像以及拖网数据对磷虾所在的水层深度进行分析，以水平方向不连续的集群为单位，仅对虾群的上、下限深度进行判定，由此辨识出1 012个磷虾群，其中3月和4月分别为508和504个。同时，根据声学回波图像，记录下磷虾群所处的海底深度(大于500 m的记为none)。为了更好地了解磷虾昼夜垂直移动特性，本研究将虾群所在位置与海表温数据相匹配，对各温度区间虾群深度变化进行分析。考虑到环境因子的变化与磷虾的集群和移动息息相关，本研究将海表温及海底深度与磷虾群昼夜深度变化相结合，以每0.5 °C及50 m为区间，对虾群上、下限变化情况进行分析。

图1 调查区域及磷虾群位置分布Fig. 1 Study area and distribution of krill swarms

表1 Simrad EK80主要参数设置Tab. 1 Main parameter settings for Simrad EK80 echosounder system换能器型号transducer type ES38B ES70-7C ES120-7C发射功率/W transmitting power 2 000 750 250脉冲长度/ms pulse length 1.024 1.024 1.024脉冲间隔/s pulse interval 1 1 1等效波束角/dB equivalent beam angle–20.6 –21.0 –21.0换能器增益/dB transducer gain 27.0 27.0 27.0横向波束宽度/(°)alongship 3 dB beamwidth 7.1 7.0 7.0纵向波束宽度/(°)athwarthship 3 dB beamwidth 7.1 7.0 7.0数据采集深度/m data collection depth 500 500 500

文章来源：《声学学报》网址: http://www.sxxbzz.cn/qikandaodu/2021/0113/477.html