Гидроакустические методы и средства оценки запасов рыб и их промысла. Часть 1. Гидроакустические средства и технологии их использования при проведении биоресурсных исследований ТИНРО-центра Hydroacoustic methods and tools for fish stock assessment and fishery maintenance. Part 1. Hydroacoustic tools and technologies of their use in bioresource researches of TINRO-Center Текст научной статьи по специальности «Рыбное хозяйство. Аквакультура»

Научная статья на тему 'Гидроакустические методы и средства оценки запасов рыб и их промысла. Часть 1. Гидроакустические средства и технологии их использования при проведении биоресурсных исследований ТИНРО-центра' по специальности 'Рыбное хозяйство. Аквакультура' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 69 — Рыбное хозяйство. Аквакультура
  • ВАК РФ: 05.18.17
  • УДK: 639.2/.3;664.95
  • Указанные автором: УДК: 639.2.081.7:681.883.072

Статистика по статье
  • 1206
    читатели
  • 188
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • ЭХОЛОКАЦИЯ
  • ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД
  • ОЦЕНКА БИОРЕСУРСОВ
  • НАУЧНЫЙ ЭХОЛОТ
  • ЭХОИНТЕГРИРОВАНИЕ
  • РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
  • ПЛОТНОСТЬ СКОПЛЕНИЯ
  • УЛОВИСТОСТЬ
  • ШУМ СУДНА
  • ПОВЕДЕНИЕ РЫБ
  • ECHOLOCATION
  • HYDROACOUSTIC METHOD
  • FISH STOCK ASSESSMENT
  • SCIENTIFIC ECHO SOUNDER
  • ECHO INTEGRATION
  • FISH DISTRIBUTION
  • FISH AGGREGATION DENSITY
  • TRAWL CATCHABILITY
  • VESSEL NOISE
  • FISH BEHAVIOUR

Аннотация
научной статьи
по рыбному хозяйству и аквакультуре, автор научной работы — Кузнецов Михаил Юрьевич

Обсуждаются возможности и результаты использования гидроакустических устройств для мониторинга водных биологических ресурсов в ТИНРО-центре. Принцип действия этих устройств основан на эхолокации — излучении в водную среду акустических волн, их отражении от объекта и приеме отраженного сигнала, а сам метод — на измерении силы обратного поверхностного рассеяния и экспериментально определенной зависимости силы цели гидробионтов в скоплении от их зоологической длины. Преимуществом гидроакустического метода по сравнению с другими способами оценки запаса в данном случае являются непрерывность регистрации и оперативность дистанционного съема данных с борта судна. Это позволяет исследовать тонкую структуру агрегаций и повысить точность оценки пространственного распределения, границ распространения и плотности гидробионтов на акватории съемки. Приводится описание гидроакустических устройств и программных средств информационной поддержки, а также методика их использования в системе дистанционного мониторинга водных биологических ресурсов дальневосточных морей. Анализируются возможные источники погрешности оценки запасов рыб тралово-акустическим методом и способы их устранения. Представлены результаты соответствующих исследований и разработок.

Abstract 2013 year, VAK speciality — 05.18.17, author — Kuznetsov Mihail Yurievich

New achievements in developing of hydroacoustic tools and technologies for acoustic data processing allow to expand essentially their application in fish industry. Possibilities and results of hydroacoustic devices using for monitoring of marine biological resources in TINRO-Center (Pacific Fish. Res. Center) are considered. The main principle of fish stock assessment is based on measuring strength of the acoustic signal backscattering and experimental determination of the target strength for fish in aggregation in dependence on their size. Advantages of the hydroacoustic method in comparison with other methods of fish abundance assessment lie in continuity of registration and rapidity of data processing that allows to trace fine structure of schools and therefore to estimate more accurate both spatial distribution, shape, and density of the aggregations. Detailed description of hydroacoustic devices and software used in TINRO is presented, as well as the procedures of their use. Possible sources of errors are analyzed both for trawl and trawl-acoustic methods of the assessment, and ways for their elimination are shown. Some examples of the fish stock assessments are presented.

Научная статья по специальности "Рыбное хозяйство. Аквакультура" из научного журнала "Известия ТИНРО (Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра)", Кузнецов Михаил Юрьевич

 
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по рыбному хозяйству и аквакультуре , автор научной работы — Кузнецов Михаил Юрьевич

Текст
научной работы
на тему "Гидроакустические методы и средства оценки запасов рыб и их промысла. Часть 1. Гидроакустические средства и технологии их использования при проведении биоресурсных исследований ТИНРО-центра". Научная статья по специальности "Рыбное хозяйство. Аквакультура"

2013
Известия ТИНРО
Том 172
УДК 639.2.081.7:681.883.072
М.Ю. Кузнецов*
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
гидроакустические методы и средства оценки запасов рыб и их промысла. часть 1. гидроакустические средства и технологии их использования при проведении биоресурсных исследований тинро-центра
Обсуждаются возможности и результаты использования гидроакустических устройств для мониторинга водных биологических ресурсов в ТИНРО-центре. Принцип действия этих устройств основан на эхолокации — излучении в водную среду акустических волн, их отражении от объекта и приеме отраженного сигнала, а сам метод — на измерении силы обратного поверхностного рассеяния и экспериментально определенной зависимости силы цели гидробионтов в скоплении от их зоологической длины. Преимуществом гидроакустического метода по сравнению с другими способами оценки запаса в данном случае являются непрерывность регистрации и оперативность дистанционного съема данных с борта судна. Это позволяет исследовать тонкую структуру агрегаций и повысить точность оценки пространственного распределения, границ распространения и плотности гидробионтов на акватории съемки. Приводится описание гидроакустических устройств и программных средств информационной поддержки, а также методика их использования в системе дистанционного мониторинга водных биологических ресурсов дальневосточных морей. Анализируются возможные источники погрешности оценки запасов рыб тралово-акустическим методом и способы их устранения. Представлены результаты соответствующих исследований и разработок.
Ключевые слова: эхолокация, гидроакустический метод, оценка биоресурсов, научный эхолот, эхоинтегрирование, распределение, плотность скопления, уловистость, шум судна, поведение рыб.
Kuznetsov M.Yu. Hydroacoustic methods and tools for fish stock assessment and fishery maintenance. Part 1. Hydroacoustic tools and technologies of their use in bioresource researches of TINRO-Center // Izv. TINRO. — 2013. — Vol. 172. — P. 20-51.
New achievements in developing of hydroacoustic tools and technologies for acoustic data processing allow to expand essentially their application in fish industry. Possibilities and results of hydroacoustic devices using for monitoring of marine biological resources in TINRO-Center (Pacific Fish. Res. Center) are considered. The main principle of fish stock assessment is based on measuring strength of the acoustic signal backscattering and experimental determination of the target strength for fish in aggregation in dependence on their size. Advantages of the hydroacoustic method in comparison with other methods of fish abundance assessment lie in continuity of registration and rapidity of data processing that allows to trace fine structure of schools and therefore to estimate more accurate both spatial distribution, shape, and density of
* Кузнецов Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, заведующий лабораторией, e-mail: kuznetsovm@tinro.ru.
Kuznetsov Mikhail Yu., Ph.D., head of laboratory, e-mail: kuznetsovm@tinro.ru.
the aggregations. Detailed description of hydroacoustic devices and software used in TINRO is presented, as well as the procedures of their use. Possible sources of errors are analyzed both for trawl and trawl-acoustic methods of the assessment, and ways for their elimination are shown. Some examples of the fish stock assessments are presented.
Key words: echolocation, hydroacoustic method, fish stock assessment, scientific echo sounder, echo integration, fish distribution, fish aggregation density, trawl catchability, vessel noise, fish behaviour.
введение
Акустика (от греч. акоиш — слышу) — наука, изучающая физическую природу звука и вопросы, связанные с его излучением, распространением, восприятием и воздействием. Гидроакустика — раздел акустики, изучающий распространение звуковых волн в водной среде для целей подводной локации, связи и т.п.*
Условия распространения звука в воде совсем иные, чем в воздухе. Вода в среднем в 800 раз плотнее воздуха, а скорость распространения звуковых волн в ней почти в 4,5 раза выше. Для генерации определенного уровня звукового давления в воде требуются значительно меньшие затраты энергии, чем в воздухе. Кроме этого, звуки в воде затухают гораздо слабее, чем в воздухе (примерно в 1000 раз), что создает благоприятные условия для дальнего распространения звуков в водной среде (особенно на низких частотах). В этом состоит уникальность и важное преимущество подводного звука, поскольку электромагнитные волны, включая световые, не распространяются в воде (вследствие её электропроводности) на сколько-нибудь значительные расстояния.
Уникальные свойства звука в воде создали предпосылки широкого практического использования гидроакустики в различных областях жизнедеятельности человека. Гидроакустические устройства по принципу действия делятся на активные и пассивные. Гидроакустические системы и приборы являются активными, если они специально генерируют звук и принимают отраженный от цели сигнал, который усиливается, подвергается обработке и поступает в различные управляющие или индикаторные устройства (Урик, 1978). Активные гидроакустические системы осуществляют эхолокацию целей. В пассивных гидроакустических системах принимается и обрабатывается сигнал, излучаемый самой целью. Данный вид гидроакустических устройств используется в целях шумопеленгации (пассивной локации) и идентификации подводных объектов по издаваемым ими звукам. Большинство антенн, используемых для эхолокации и шумопеленгации, работает на ультразвуковых частотах, которые позволяют реализовать приемлемую направленность распространения сигнала при небольших размерах излучателей. В эхолокации используются обратимые излучатели, т.е. способные одновременно излучать и принимать отраженный сигнал.
Первоочередной задачей использования гидроакустических средств в рыболовстве традиционно считаются поиск, обнаружение и оценка промысловой значимости скоплений рыб, а также контроль параметров орудий лова. В последние годы сфера применения гидроакустики в рыбном хозяйстве и возможности гидроакустической техники существенно расширились, что обусловлено значительным скачком в развитии микропроцессорной техники и технологиях генерации и обработки сигналов в приемопередающих системах. Приборы стали более компактны. Появились новые типы антенн, многолучевые и мультичастотные эхолоты и гидролокаторы с системами электронного сканирования в горизонтальной и вертикальной плоскости, пространственной стабилизации антенны, частотной модуляции сигнала, вариации длительности и частоты зондирующих импульсов и др. В приборах контроля орудий лова активно внедряются системы кругового сканирования устья трала, автономных датчиков контроля параметров различных частей трала и бескабельной связи с судном.
* Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М. : Сов. энциклопедия, 1971. — Т. 6. — 472 с.
Современные акустические средства позволяют вести непрерывный дистанционный мониторинг обстановки не только под судном, но и одновременно впереди по его ходу, в пространстве между судном и тралом и в самом трале. Именно поэтому гидроакустические приборы находят столь широкое применение в практике рыболовства, постоянно совершенствуясь и предоставляя новые возможности регистрации объектов, находящихся в водной среде, пространственного расположения траловой системы и ее отдельных элементов, расчета геометрии трала, накопления данных на жестких носителях и др. Признанные лидеры в создании гидроакустической техники для рыболовства, основанной на активной локации — компании Simrad Kongsberg Maritime (Норвегия), Furuno (Япония), Scanmar (Норвегия) и др.
Гидроакустические эхолокационные приборы также активно используются в России и за рубежом для мониторинга биоресурсов океана. Как и в других эхолотах, в научных гидроакустических комплексах используется метод активной локации, основанный на излучении звуковых волн в водную среду с последующим приемом рассеянного сигнала. Однако, в отличие от большинства рыбопоисковых приборов вертикальной локации, научные эхолоты — средство как поиска и визуализации скоплений рыбы под судном, так и количественной оценки плотности гидробионтов.
На начальных этапах применения гидроакустического метода оценки водных биоресурсов его внедрение сдерживалось не только отсутствием специализированной техники и детально разработанной методики, но и необходимостью использования высококвалифицированного и специально подготовленного персонала для проведения измерительного процесса. Развитие метода, накопление опыта его практического использования на разных объектах, современный уровень микропроцессорной техники и программных средств позволяют сделать возможным широкое практическое использование метода конечными пользователями — инженерами, ихтиологами и биологами (при определенной их подготовке).
В настоящее время гидроакустический эхоинтеграционный метод активно развивается. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими инструментальными методами оценки гидробионтов, в частности благодаря высокой скорости обзора среды и значительной дальности действия позволяет обследовать большие площади за относительно короткий временной промежуток, а также получать не только горизонтальное, но и вертикальное распределение гидробионтов, не требует больших затрат энергии. Кроме этого, используя непрерывность регистрации гидроакустических данных в процессе съемки, можно изучать пространственную пятнистость распределения рыб и тонкую микроструктуру зарегистрированных агрегаций. Одним из достоинств метода стало то, что при оценках распределения и плотности рыб практически исключен субъективный фактор, а природа ошибок, возникающих при его применении, достаточно хорошо изучена, и при умелом использовании погрешности можно свести к минимуму. Достоверность оценки запаса в большей степени зависит от правильности планирования съемки, чем от самой процедуры измерения, накопления и обработки полученных данных с помощью различных программных пакетов.
Вместе с тем, как и другие способы количественной оценки запасов, гидроакустический метод имеет определенные недостатки.
Точность гидроакустического метода в значительной степени зависит от используемой в расчетах обилия величины поперечного сечения обратного рассеяния или силы цели объектов исследований, оцениваемой в основном экспериментальным путем in situ и имеющей вариабельность в зависимости от сезона, района работ и времени суток. Кроме этого, источником погрешности может служить неопределенность, связанная с распространением и затуханием звука в среде и с идентификацией объектов на эхограммах. Существенное влияние на акустические и траловые оценки запасов оказывает реакция рыб на шум судна (Кузнецов, Вологдин, 2009; Кузнецов, 2011). Причем если ошибка траловых измерений может быть в какой-то степени скомпенсирована дифференцированными коэффициентами уловистости трала, то учесть эффекты влияния шумового поля судна на акустиче-
ские оценки плотности рыб из-за отсутствия методики их учета в настоящее время не представляется возможным.
Цель данной работы — оценка возможностей гидроакустических средств как одного из элементов системы мониторинга водных биологических ресурсов дальневосточных морей и результатов их использования в ТИНРО-центре.
Материалы и методы
Гидроакустический эхоинтеграционный метод основан на измерении силы обратного поверхностного рассеяния от скопления в пределах выделенного слоя и экспериментально определенной зависимости силы цели гидробионтов в скоплении от их зоологической длины. Используемые для этих целей устройства должны обладать важной функцией передачи «сырых» гидроакустических данных в оцифрованном виде через Ethemet-интерфейс и сохранения в файлах известного формата SIMRAD RAW или HAC на жестком диске компьютера (McQuinn et al., 2005), что дает возможность организации сбора и накопления гидроакустических и сопутствующих измерений, а также их последующей постпроцессорной обработки.
Эхоинтегрирующие комплексы по измеренной мощности отраженного сигнала вычисляют коэффициент обратного объемного рассеяния в пределах выбранного слоя (sv, м-1), а затем рассчитывают коэффициент обратного поверхностного рассеяния как интеграл sv по диапазону глубин (s3, м2м-2) и получают на выходе его масштабированную величину sA = 4p(1852)2sa — коэффициент поверхностного рассеяния на квадратную морскую милю (м2миля-2). Коэффициент sA используется в расчетах акустической оценки плотности скопления (MacLennan et al., 2002):
Pa = SA/{4P <°bs>} = SA/<°sp> (миля-2Х (1)
где pa — плотность целей, выраженная как количество гидробионтов на единицу поверхностной площади слоя; obs — поперечное сечение обратного рассеяния одиночной цели; о — акустическое поперечное сечение цели при сферическом рассеянии, которые являются производными силы цели (TS):
TS = 10lg(Sbs) = 10lg(Ssp/4p). (2)
В современных научных эхолотах, построенных на основе микропроцессорной техники, как правило, конструктивно объединены прецизионный эхолот с динамическим диапазоном порядка 160 дБ, использующий метод расщепленного луча для оценки сил целей, и эхоинтегратор для оценки плотности скопления. Например, установленные на судах ТИНРО-центра EK60 Simrad — цифровые научные эхолоты с прецизионными характеристиками и независимыми каналами частоты — содержат вертикально направленные антенны-вибраторы с расщепленным лучом частотой 38 и 120 кГц, размещенные под килем судна, и GPT (приемопередатчики) 38 и 120 кГц, которые, собственно, генерируют и принимают отраженный сигнал от каждого из квадрантов антенны, а также осуществляют оцифровку сигнала. Работой GPT управляет процессорный блок с размещенными на нем программами накопления «сырых» гидроакустических данных и связи с внешними вычислительными устройствами (рис. 1).
GPS-приемник Траловыйзонд
Рис. 1. Гидроакустическая измерительная система
Fig. 1. Hydroacoustic measuring system
Регистрация акустических данных производится на двух частотах — 38 и 120 кГц. Для количественной оценки численности и биомассы рыб используется частота 38 кГц. Навигационное сопровождение акустического комплекса осуществляется с использованием системы спутникового позиционирования GPS.
В настоящее время научные эхолоты ЕК60 являются базовыми при выполнении эхоинтеграционных тралово-акустических съемок в ТИНРО-центре, ПИНРО, Аляскинском центре рыбохозяйственных исследований AFSC (Alaska Fisheries Science Center, США).
Формат выходных данных научных эхолотов позволяет использовать различные программные средства для постпроцессорной обработки акустических данных. Для вторичной обработки акустических данных в ТИНРО-центре используется программное обеспечение FAMAS (Fishery Acoustic Monitoring & Analyses System), разработанное в лаборатории промысловой гидроакустики (Николаев и др., 2000). FAMAS состоит из двух основных элементов и нескольких вспомогательных программ:
1. Программа BiView-MS — предназначена для многовидовой постпроцессорной обработки данных. Программа выполняет интерактивную обработку накопленных ER60-файлов данных с визуализацией соответствующих эхограмм и выделенных слоев на экране монитора (рис. 2) и сохранение результатов обработки (значений коэффициента поверхностного рассеяния sA, биомассы, численности, распределения биомассы и численности по размерным рядам, по глубине и др.) в виде файлов со структурой, доступной для последующей обработки программными пакетами типа Excel, Surfer и т.д.
О - ✓ s. А ® - \ • Ь? <3 ПІЧ в
CMt* 19 10.200) Га» 20 U 12 Юф. *20«Ш Ui: »ІЧі.ІЯ U№ hBM. 110.« Mj ' >B -lll.f Sfr -110 9» 1рыЛ: * J 1«;
Рис. 2. Фрагмент файла эхограммы в режиме постпроцессорной обработки (программа BiView-MS)
Fig. 2. Fragment of echogram file in data-processing mode (BiView-MS software)
2. Интегрированная база данных в среде Access — база данных акустических, навигационных и биологических измерений. Содержит справочные и вспомогательные таблицы, биологические данные (по результатам контрольных тралений), данные сопровождения акустических измерений, данные с результатами эхоинтегрирования, гидрологические данные.
3. BIFiles — эта вспомогательная программа предназначена для манипулирования файлами эхограмм — сжатие, преобразование, исправление и т.д.
4. Программа Sumfiles — используется для суммирования файлов с результатами постпроцессорной обработки (старые файлы с расширением Sa, Sm, Bio, Num, B-L, N-L или новые с расширением FAM). Файлы объединяются по типу данных, типу слоя и виду объекта, а также преобразуются в формат CSV для последующей обработки в Excel.
5. Программа TxtConvert — предназначена для преобразования и дополнительной обработки файлов распределения численности и биомассы, получаемых в результате постпроцессорной обработки эхограмм и суммирования. Программа преобразует данные в формат, необходимый для построения в Surfer распределения численности или биомассы по глубине, позволяет разбросать данные по квадратам координационной сетки с заданным шагом, вычислять характеристики вертикального распределения объекта (минимальная, максимальная и средневзвешенная глубина, минимальная, максимальная и средневзвешенная длина), а также, если имеется размерно-весовой ключ, рассчитать распределение объекта по возрастам.
6. Sounder — программа для управления работой эхолота, приема и обработки телеграмм GPS, FS20/25, ведения галсового листа и журнала событий. В главном окне программы содержится информация о координатах, курсе и скорости судна, приводятся текущие значения лага и глубины, а также расстояние и время до точки назначения (рис. 3).
Рис. 3. Окно программы Sounder Fig. 3. Window of Sounder software
С использованием программных средств FAMAS можно воспроизводить эхограм-му и сопутствующую ей информацию в любой точке обследованной акватории в реальном масштабе времени. Типовая структура выходных данных FAMAS представляется результатами обработки фрагментов акустических изображений по элементам сетки с задаваемым размером отдельного элемента сетки по дистанции (обычно 0,5 мили в Беринговом море и 1,0 мили в Охотском море) и 1 м по глубине в пределах выделенных для обработки слоев. Полученные данные (значения коэффициента поверхностного рассеяния sA, численности, биомассы, распределения биомассы и численности по размерным рядам и др.) совместно с географической привязкой сохраняются в виде файлов со структурой данных, доступной для последующей обработки в Excel, Surfer и др.
Гидроакустические исследования Берингова моря в ТИНРО-центре выполняются ежегодно с 1996 г. в ходе тралово-акустических съемок в наваринско-анадырском районе и западной части Берингова моря (Кузнецов и др., 2002, 2004, 2006), а с 2003 г. — и в составе комплексной экосистемной съемки «лососевой» направленности в рамках международной программы BASIS под эгидой NPAFC (North Pacific Anadromous Fish Comission).
Сбор, накопление и вторичная обработка акустических данных в северо-западной части Берингова моря выполняются по стандартной эхоинтеграционной технологии, разработанной в соответствии с рекомендациями рабочей группы FAST (Fisheries Acoustics Science and Technology) при ICES (International Council for the Exploration of the Sea) (Simmonds et al., 1992) и согласованной со специалистами AFSC, выполняющими аналогичные съемки в восточной части моря (Кузнецов, Николаев, 2000). Кроме этого, при разработке методики принимался во внимание опыт ПИНРО при проведении многовидовых тралово-акустических съемок в Баренцевом море (Мамылов и др., 1989; Ермольчев и др., 1993, 1996; Мамылов, 1999).
Перед выходом судна в рейс выполняется калибровка гидроакустического комплекса по технологии стандартной сферы (Кузнецов, Николаев, 2000; Operator
manual ..., 2004*). Акустические измерения осуществляются по сетке параллельных галсов, расположенных в 20 милях друг от друга (системный параллельный маршрут). Схема галсов съемки в северо-западной части Берингова моря совмещена с аналогичной сеткой параллельных галсов, используемой AFSC при проведении траловоакустических съемок в юго-восточной части моря.
В процессе вторичной обработки эхограмм весь слой разбивается на пелагический — выше 10 м от грунта — и донный слой — 0-10 м от грунта. Одна из основных процедур обработки акустических данных — локализация и выделение эхозаписей в определенные группы (категории), соответствующие скоплениям со схожими биологическими характеристиками. В основе такого подхода лежат следующие посылки:
— акустическое изображение скопления адекватно отображает пространственное распределение и поведение определенного вида гидробионтов на определенном участке пути в определенное время суток;
— изменение акустического изображения служит индикатором смены поведения
и, возможно, размерно-возрастных характеристик рыб и поэтому подлежит проверке контрольным тралением;
— в случае эхозаписей объекта в разных горизонтах контрольные траления выполняются для идентификации каждого типа скопления раздельно.
По мере поступления акустических данных в ходе съемки проводится эмпирический анализ эхограмм, учитывающий характер поведения объекта, тип распределения силы цели, результаты контрольного облова, опыт предшествующих работ в данном районе и др. В результате анализа акустической ситуации на галсах съемки выделяются участки пути, соответствующие характерному акустическому изображению скопления с определенным видовым и размерно-возрастным составом, подтверждаемым результатами контрольного траления на данном скоплении. Часть акватории съемки. занимаемая определенной группой, выделяется в страту, ей присваивается размерночастотный ключ, характеризующий взвешенный размерный состав рыб в исследуемом подрайоне. Географически страта определяется путем задания в базе данных диапазонов значений лага, соответствующих границам данной страты в пределах каждого из галсов. Из обработки исключаются эхограммы, связанные с уходом с галса и выполнением контрольных тралений.
По завершении процедуры выделения страт и пополнения базы данных текущей съемки биологическими данными в пределах каждой страты и выделенных слоев с помощью программы постпроцессорной обработки BiView-MS производится расчет значений коэффициента поверхностного рассеяния sA, численности и биомассы рыб по размерным рядам, по глубине и др. Суммарное обратное поверхностное рассеяние на площади страты Sm (в квадратных метрах) вычисляется как
где sAihk — коэффициент поверхностного рассеяния для i-й страты на h-м галсе (транс-екте) на k-м элементарном интервале интегрирования (ESDU — Elementary Sampling Distance Unit), м2/миля2; Dk — длина интервала интегрирования ESDU, мили; Th — ширина трансекта, мили; Lih — число интервалов интегрирования для i-й страты на h-м трансекте. По взвешенному размерно-частотному ряду и уравнению силы цели (TS) для каждой i-й страты рассчитывается средневзвешенное акустическое сечение рыб <о> со средней длиной L;:
где a и b — коэффициенты, значения которых определяют экспериментально по результатам измерения силы цели in situ.
* Operator manual for Simrad ER60 Scientific Echo Sounder application. — Simrad AS. — Horten, Norway, 2004. — 172 p.
(3)
TS; = I01g— = a + blgL;,
(4)
(5)
Численность рыб в i-й страте оценивается выражением
N. = S /<о>. (6)
i mi i 4 '
Распределение численности по размерному ряду определяется с использованием взвешенного размерно-частотного распределения рыб в каждой страте. Оценка биомассы минтая производится с использованием размерно-весовых коэффициентов А и В, получаемых по результатам анализа размерно-весовых рядов контрольных тралений и связывающих длину (L) и массу рыбы (W) зависимостью W = A • (L)B.
В случаях смешанных скоплений рыб численность и биомасса каждого вида j рассчитываются пропорционально доле эхоинтенсивности сигналов (Pj) от гидробионтов вида j в суммарной величине обратного поверхностного рассеяния sA из соотношения (Ермольчев и др., 1996)
Pwj ' °kgj
SaJ = PJ' Sa =-------nP ■ ■ av ■ Sa , (7)
rwj ukg)
Khaulj
j=l ^haulj
где Pwj — доля биомассы объектов вида j в улове; Khaulj — коэффициент уловистости трала для гидробионтов j-го вида; GkgJ — среднее акустическое сечение обратного рассеяния 1 кг рыб вида j.
Пропорции в величине sA рассчитываются с использованием программных средств BiView-MS, предназначенных для многовидовой обработки данных, по результатам контрольных тралений для всех видов гидробионтов в улове при наличии соответствующих данных о силе цели или силы цели на 1 кг массы (TSKG) каждого объекта в базе данных FAMAS (рис. 4).
В результате последовательной обработки данных формируются оценки акустической плотности, численности и биомассы рыб в пределах выделенных слоев вдоль галсов акустической съемки с шагом 0,5 мили по дистанции и с шагом по глубине 1 м. Суммарная численность и биомасса для галса или некоторого района в целом определяется как сумма оценок обилия на обработанных участках пути и не интерполируется на площади, где отсутствовали эхозаписи рыб.
Для расчета средневзвешенной глубины обитания рыб на каждой i-й миле пути формируются два ряда данных: f (x, y, zj, t) — плотность гидробионтов (усредненная по 1-метровым интервалам глубины численность рыб на квадратную милю) и H (z) — глубина, м, где x, y — координаты; zj — интервал глубины, м; j = 1,..., n.; n. — число
Interpretation - Bottt2 bottom ИН 3
Fraqm.: 2795 - 2800 < 1 ► 1 Reqion Name: (bottom Info 1
Total Sa: 198.704 Bubble Correction: j<J | ► ll.QQ IH Auto 1
Structure: |school w I Bottom Correction: < \ | ► 11.00 Щ Auto j
Area: (widespread Load default | Set as default | ^ Store I
Load haul ||47 Haul Info | LFK:| Total SAassionmenl X
чЫИЧ+J-l 1 1 ^л! Species Name A | Code SaX LiJ it Sa )0
1 Aptocycius ventricosus ИЩ2 0.33
Chrysaora melanaster 89170101 0.0482 0.1
Eleginus gracilis 11880601 0.0864 0.17
E umicrotremus birulai 11461210 0.0278 0.06
Limanda sakhalinensis 13931809 3.0276 6.02
Mallotus villosus 13540301 0.0945 0.19
□smerus m.dentex 13540411 0.4289 0.85
Sarritor frenatus 10081201 0.0016 0.00
Theragra chalcogramma 11882501.2 5.4519 Theragra chalcogramma 11882501.3 82.7874 Theragra chalcogramma (j) 11882502.1 7.882 Sa assignment: <| | ►! Count: 13 100.00 ■ 10.83 164.5 15.66 1Э8.7
Рис. 4. Окно многовидовой обработки эхограммы в программе BiView-MS Fig. 4. Window of echogram multispecies processing in BiView-MS software
интервалов глубины; t — время, с. Средневзвешенная (AVG) по численности глубина местоположения рыб на >й миле пути определяется как
Гидроакустическая эхоинтегрирующая аппаратура используется в рамках программы комплексного изучения морских сообществ и экосистем Охотского моря при проведении зимне-весенней («минтаевой» направленности) и летне-осенней («лососевой» и «сельдево-минтаевой» направленности) пелагических съемок.
В Охотском море галсовый маршрут акустической съемки формируется на основе стандартной сетки ихтиопланктонных и траловых станций и не является системным, поэтому при расчетах численности и биомассы используется метод стратификации района съемки, основанный на понятии статистического квадрата (Simmonds et а1., 1992). Акватория съемки покрывается регулярной сеткой с шагом 30’ по широте и 60’ по долготе. Каждый элемент сетки выступает в роли статистического квадрата, в пределах которого выполняются необходимые операции по усреднению акустических проб (ESDU) и биологических измерений, производится расчет абсолютных оценок с учетом площади квадрата.
При расчете численности и биомассы по размерным группам в квадрате для каждого вида гидробионтов используются уравнения
где N — численность i-й размерной группы; W; — биомасса i-й размерной группы;
— частота встречаемости i-й размерной группы (этот параметр возможно применять как в экземплярах, так и в процентах); A — площадь квадрата, миля2; o(Lt) — среднее акустическое сечение рассеяния единичной рыбы, м2; w(Lt) — средняя масса для i-й размерной группы, кг; <sA> — среднее значение sA в данном квадрате, м2/миля2
Площади квадратов корректируются с учетом береговой линии и размера выборки акустических проб в квадрате. Ниже определенного порога площади статистических квадратов уменьшаются пропорционально количеству проб.
Местоположение страты определяется по результатам тралений в точках их-тиопланктонных станций заданием в базе данных диапазонов значений лага, соответствующих границам данной страты. По завершении процедуры выделения границ страт и пополнения базы данных текущей съемки в программе постпроцессорной обработки BiView-MS (FAMAS) рассчитываются плотности рыб (в тысячах экземпляров на квадратную милю и в тоннах на квадратную милю), получаемые согласно вышеприведенной методике при ширине трансекта 1 миля с интервалом интегрирования 1 миля. Эти данные используются для построения пространственного распределения объектов. Затем полученные значения плотности с использованием программы Txt-Convert усредняются в пределах каждого статистического квадрата и умножаются на его площадь. Численность и биомасса рыб в смешанных скоплениях рассчитывается многовидовым алгоритмом программы BiView-MS, как это показано для Берингова моря. На заключительном этапе проводится агрегирование данных для стандартных биостатистических районов, границы которых были аппроксимированы по границам соответствующих квадратов, входящих в статрайон.
Работы по количественной оценке уловистости тралов включают измерения плотности рыб в слое траления под судном с помощью научного эхолота ЕК60 и сравнение с уловом трала. В процессе вторичной обработки на эхограмме выделяется слой траления, верхняя граница которого соответствует глубине верхней подборы трала, а нижняя определяется по его вертикальному раскрытию, как показано на рис. 5.
H
i AVG
(8)
N = q¡ •< sA > А ;
(9)
(10)
Участок траления выбирается в качестве страты путем задания в базе данных диапазона значений лага, соответствующих точкам начала и конца траления с учетом отставания трала от судна, вычисляемого по длине ваеров и глубине хода трала. Ширина трансекта задается по горизонтальному раскрытию трала. Далее выполняется стандартная процедура оценки коэффициента поверхностного рассеяния sA, численности и биомассы объектов в протраленном объеме методом эхоинтегрирования. Протраленным объемом в данном случае является объем воды, процеженной тралом, т.е. произведение площади устья трала на дистанцию траления (рис. 6). Площадь устья трала задается с учетом фактической формы в виде эллипса, малым радиусом которого является вертикальное раскрытие трала, а большим — горизонтальное.
Полученные оценки численности и биомассы рыб в протраленном объеме под судном сравниваются с фактическим уловом трала. Коэффициент уловистости определяется как отношение количества пойманных рыб к количеству рыб в протраленном объеме под судном, т.е. до начала воздействия орудия лова.
Практически все методики измерения шумов движущихся объектов используют основной подход, заключающийся в том, что звук детектируется приемником, поме-
И!..". .XU’! 1ЕГХ1-,—:
EM»-. » 04.300* HXIW Up R&MBWl »44.» lerc t»M4 Kg BoH— »4.5 Cu.dnrfK 7*0 *»! Ж.41 Sp J«J Sptrrf: ВПГ Им*» »1
Рис. 5. Фрагмент файла эхограммы участка траления в режиме постпроцессорной обработки (ступенчатое траление — 3 горизонта)
Fig. 5. Fragment of the echogram file for stepped trawling in 3 layers in data-processing mode
Рис. 6. Схема измерения уловистости трала: V — протраленный объем Fig. 6. Scheme of the trawl catchability evaluation (V — filtered volume)
щаемым на некотором установленном расстоянии от трассы движения объекта. Измеряемыми параметрами являются уровни звукового давления в стандартных (октавных, 1/3-октавных) частотных полосах при контроле, а также в узких частотных полосах при определении причин превышения норм и выявлении источников повышенного шума.
Предусматривается измерение уровней звукового давления шума, излучаемого судном в диапазоне частот 10-20000 Г ц при его прохождении измерительными галсами мимо калиброванной гидрофонной системы поочередно левым и правым бортами (рис. 7), и сравнение измеренного судового шума с рекомендуемым ICES (Mitson, 1995).
Старт
Финиш
чГидрофон
Двы6 = 2хТМПх18(45°)
Твыб ~ Двыб/Vc ТМП = 50 м или 1 х Дс vc - скорость судна (м/с) Дс - длина судна (м)
Рис. 7. Схема измерения подводного шума судна
Fig. 7. Scheme of underwater vessel noise measuring
Измерения уровней подводного звукового давления выполняются в дальнем акустическом поле судна. Для сопоставления полученных данных и чтобы показать различия характеристик измеренного шума НИС ТИНРО-центра и других судов, уровни дискретных составляющих звукового давления шума представляются в децибелах относительно опорного давления звука 1 мкПа и затем приводятся к расстоянию 1 м. Для интегрального уровня звукового давления и отдельных дискретных составляющих шума представляются круговые диаграммы направленности (пространственные распределения) гидроакустического поля судна.
Результаты и их обсуждение
При проведении съемки частота акустических проб намного выше, чем ихтио-планктонных и траловых станций. Например, в Беринговом море гидроакустические оценки плотности рыб усредняются каждые 0,5 мили пройденного пути, а в Охотском море — каждую милю. При необходимости интервал интегрирования может быть уменьшен до 0,1 мили и даже до 0,01 мили (18,52 м). Частота траловых проб, как правило, гораздо ниже: на пелагической съемке расстояние между траловыми станциями составляет обычно от 20 до 40 миль. Это может вызвать погрешность в оценке биомасс. Погрешность возрастает, когда рыбы подвижны и держатся в косяках. Плотность таких агрегаций, как правило, высока, а протяженность скоплений, наоборот, очень низка. Поэтому чтобы корректно оценить биомассу плотных агрегаций рыб, важно знать частоту встречаемости скоплений и занимаемую ими площадь между траловыми станциями. Гидроакустические средства благодаря дистанционности и непрерывности съема данных с борта судна позволяют оперативно (на максимальной скорости движения судна) оценивать с высоким разрешением пространственную структуру
таких скоплений (горизонтальную и вертикальную) и повысить за счет этого точность определения границ распространения (площади и объема) и плотности (частоты встречаемости) локальных агрегаций рыб на обследуемой акватории.
Тралово-акустические съемки в северо-западной части Берингова моря, регулярно проводимые специалистами ТИНРО-центра по стандартной сетке галсов, позволяют ежегодно получать акустический «снимок» обследуемой акватории, т.е. дают оперативную информацию о пространственной дифференциации различных возрастных групп минтая, площади их распространения и вертикальной структуре скоплений в российской экономической зоне (рис. 8-10). Поскольку все другие траловые съемки также сопровождаются непрерывной регистрацией гидроакустических данных, такой «снимок» может быть получен дважды в год, например летом и осенью, что позволяет контролировать сезонное перераспределение рыб в этой части моря (Кузнецов и др., 2006).
Аналогичную съемку с использованием той же гидроакустической аппаратуры и по аналогичной методике с интервалом раз в два года выполняют специалисты AFSC в восточной части Берингова моря (зона США). Подобная международная кооперация позволяет получать достоверную информацию об особенностях пространственного распределения, размерно-возрастного состава, межгодовой динамике запасов минтая на большей части его ареала в Беринговом море и в смежных водах России и США, а также возможность прогнозировать направленность миграционных потоков и масштаб распространения нагульного минтая из юго-восточной части моря (рис. 11).
В 2003 г. в Беринговом море были инициированы работы по оценкам лососевых рыб с использованием эхолотов ЕК500. Целью этих работ было исследование возможности использования дистанционного гидроакустического метода для регистрации и абсолютных оценок лососевых рыб в морской период жизни, уточнения пространственных характеристик горизонтального распределения лососей и структуры их вертикального распределения в течение суток (Кузнецов, 2004). В настоящее время ареал гидроакустических исследований лососевых с использованием эхолотов ЕК60 существенно расширен и охватывает южную часть Охотского моря, район субарктического фронта и прикурильские воды СЗТО (рис. 12).
Гидроакустические исследования в Охотском море проводятся одновременно с ихтиопланктонной и траловой съемкой в зимне-весенний период с 1996 г., а с 2003 г. — в летне-осенний. Это позволяет дважды в год получать акустический снимок исследуемой акватории и контролировать сезонные миграции рыб (рис. 13). Кроме этого, оценки численности и пространственной дифференциации основных промысловых объектов Охотского моря, полученные тремя различными методами, минимизируют возможность ошибочного завышения или занижения запаса при определении общего допустимого улова.
Высокое пространственное разрешение эхолотов ЕК60 на частотах 38 и 120 кГц (порядка 5 см при длительности посылки 0,25 мс) позволяет достаточно точно оценить пространственную структуру вертикального распределения и суточных вертикальных миграций зоопланктона и рыб, влияющих на результаты оценок запаса, в реальном масштабе времени. Особый интерес представляет детализация и определение параметров вертикальных перемещений зоопланктона и рыб на границе светлого и темного времени суток, в результате которых происходит изменение средневзвешенных глубин обитания (рис. 14, 15).
Неправильная идентификация вида объекта на эхограмме может стать причиной неэффективного траления и соответственно нецелесообразного использования промыслового времени, а зачастую наносит прямой ущерб экологии вида (например, постановка трала на скопление молоди). То же касается эксплуатации научных и промысловых эхолотов при проведении ресурсных исследований. Трудности идентификации того или иного вида рыб на эхограммах, где присутствуют другие объекты, могут стать причиной неверного определения высоты и протяженности слоя при постпроцессор-ной обработке и источником погрешности оценки запаса. Ошибка (или смещенность)
6Т?4° 176° 178' 180° 178° 176° 174° W ^74° 176° 178° 180° * 178° 176° 174° W
Рис. 8. Распределение плотности (тыс. экз./миля2) пелагических скоплений минтая в северо-западной части Берингова моря по данным акустических измерений за ряд лет
Fig. 8. Distribution density (ths pcs/n.mi2) of walleye pollock aggregations in the pelagic layer of the northwestern Bering Sea by multi-year acoustic measurements
гидроакустической оценки, связанная с неправильной идентификацией эхосигналов, в отдельных случаях может достигать 60-80 % (MacLennan, Simmonds, 1992).
За 15 лет эксплуатации научных эхолотов ЕК500 и ЕК60 в ТИНРО-центре накоплен значительный массив информации (порядка 7 Тбайт), содержащий архив акустических
Рис. 9. Пространственная дифференциация размерных групп минтая (сентябрь 2011 г.) Fig. 9. Spatial differentiation of the pollock size groups in September, 2011
Рис. 10. Вертикальное распределение минтая вдоль одного из галсов акустической съемки в северо-западной части Берингова моря в сентябре 2011 г.
Fig. 10. Vertical distribution of pollock along a transect of acoustic survey in the northwestern Bering Sea in September, 2011
65°
Рис. 11. Распределение минтая (тыс. экз./миля2) на шельфе Берингова моря в 2010 г. по результатам обработки акустических данных НИС «Оскар Дайсон» (США) программными средствами FAMAS
Fig. 11. Pollock distribution (ths pcs/n.mi2) on the Bering Sea shelf in 2010 by results of RV Oscar Dyson (U SA) acoustic data processing with FAMAS software
180'
Рис. 12. Распределение горбуши по горизонтали (тыс. экз./миля2) и по глубине (%) в верхней эпипелагиали СЗТО в июне-июле 2009-2010 гг.
Fig. 12. Horizontal (ths pcs/n.mi2) and vertical (%) distribution of pink salmon in the upper epipelagic layer of the North-West Pacific at Kuril Islands in June-July, 2009-2010
измерений и сопутствующих данных, а также опыт эмпирической интерпретации и типизации этих данных применительно к конкретным видам гидробионтов с определенной структурой размерного и вертикального распределения скоплений. Архив расположен на сервере лаборатории промысловой гидроакустики ТИНРО-центра и постоянно пополняется новыми данными.
С целью развития методов видовой идентификации водных биоресурсов на основе материалов, хранящихся в интегрированной базе данных, сформирован метаархив типовых акустических изображений основных промысловых объектов бассейна Охотского и Берингова морей (минтай, сельдь, мойва, сайка, кальмары и др.). Для пополнения метаархива были разработаны алгоритм анализа данных и соответствующее программное обеспечение, которое позволяет осуществлять выборку (фильтрацию) из интегрированной базы фрагментов эхограмм и сопутствующих им биологических, навигационных и промысловых данных по заданным параметрам. Метаархив содержит фрагменты акустических изображений (эхограмм) различных видов нектона, сопровождаемых данными о размерном (возрастном) составе скоплений, стадии зрелости, сезоне, районе работ, параметрах траления, батиметрического распределения, времени суток и др.
Из метаархива акустических изображений отобраны наиболее типичные (устойчиво повторяющиеся) и подтвержденные результатами траления фрагменты эхограмм объектов различного размерного и возрастного состава в связи с сезонными, суточными и районными особенностями образования скоплений. Данные представлены в виде библиотеки акустических изображений рыб (рис. 16). Планируется издание атласа характерных акустических изображений рыб северных морей, который может быть полезен как для научных работников, участвующих в проведении биоресурсных ис-
Весна Осень
Рис. 13. Распределение скоплений минтая и сельди в Охотском море весной (апрель-май) и осенью (ноябрь) 2006 г., тыс. шт./миля2
Fig. 13. Distribution of pollock and pacific herring (ths pcs/n.mi2) in the Okhotsk Sea in the spring (April-May) and autumn (November) of 2006
Время суток. GMT Время суток. GMT
9:00 9:10 9:20 9:30 9:40 ’ 9:50 10:00 10:10 10:20 10:30 15:30 15:40 15:50 16:00 16:10 16:20 16:30 16:40 16:50
0 -I--------1-------1--------1-------1-------1-------1--------1-------1------1—1 0 -------------------і-----^^--------------------.---------і--------т--------.----------т—
9:00 9:10 9:20 9:30 9:40 9:50 10:00 10:10 10:20 10:30 15:30 15:40 15:50 16:00 16:10 16:20 16:30 16:40 16:50
Время суток. GMT Время суток. GMT
Рис. 14. Вертикальные миграции зоопланктона на границе светлого и темного времени суток (район южнее Командорских островов, июль 2003 г.). СВГ — средневзвешенные глубины Fig. 14. Vertical migration of zooplankton between day and night time at Commander Islands in July, 2003 (СВГ — the average weighted depth)
Время суток, GMT Время суток, GMT
7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00
0,5
I 0,4
S.0,3
н
о 0,2 &
о
0,1
0
и
7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00
Время суток, GMT Время суток, GMT
Рис. 15. Вертикальные миграции минтая в северной части Охотского моря (апрель 2007, 2008 гг.)
Fig. 15. Vertical migrations of pollock in the northern Okhotsk Sea in April of 2007 and 2008
следований, так и для штурманов промыслового флота в качестве пособия при работе с рыбопоисковой гидроакустической аппаратурой.
В последние годы в рыбохозяйственных исследованиях активно развиваются многочастотные гидроакустические технологии идентификации различных видов гидробионтов по их отражательной способности (Species Identification ..., 2005). В ТИНРО-центре разработана экспериментальная версия программных средств видовой идентификации водных биоресурсов по многочастотным гидроакустическим изображениям. Апробация и тестирование программных средств по идентификации акустических изображений на двух частотах 38 и 120 кГц показала хорошую работу алгоритма на сильно различающихся по акустическим характеристикам объектах, например нектоне и планктоне (рис. 17).
Применение высокоточного гидроакустического оборудования в сочетании с современными компьютерными технологиями сбора, накопления и обработки гидроакустических измерений позволяет существенно расширить список объектов, оцениваемых гидроакустическим методом, например исследовать распределение и запасы морских макрофитов, кальмаров, медуз и др.
При оценке морских водорослей преимущества гидроакустического метода по сравнению с точечным взятием проб на водолазных станциях те же, что и при траловой съемке: непрерывность регистрации скоплений водорослей и, благодаря дистанци-онности метода, возможность обзора больших акваторий за сравнительно короткий промежуток времени. Как показали эксперименты (Кузнецов, Николаев, 2010), гидроакустическое оборудование позволяет оценивать с высоким разрешением не только высоту слоя водорослей, но и плотность пласта по его отражательной способности методом эхоинтегрирования (рис. 18). При соответствующей градуировке (определении зависимости между отражательной способностью объекта и его плотностью) можно оценивать биомассу обследуемого поля водорослей (рис. 19, 20).
Совместное использование гидроакустических средств наблюдений и водолазного отбора проб позволяет значительно повысить точность и оперативность оценки пространственного распределения, границ распространения и плотности морских макрофитов аппаратным способом, а в дальнейшем упростить саму процедуру съемки за счет снижения частоты водолазных станций для определения количественных характеристик зарослей.
Биостатистический район 3
Промысловый район Зап.-Берин. зона
Сезон Сентябрь, 2008
Время суток 13:42:35, День
Координаты 61°39.23N 177°35.53W
Тип трала РТ/ТМ 80/396
Г оризонтальное раскрытие 50
Вертикальное раскрытие 41.7
Г оризонт хода трала 85
Ячея руб./вставки 10
45 50 55 60 65 70
Биостатистический район 9
Промысловый район Карагинск. п/з
Сезон Август, 1999
Время суток 7:06:11, Утро
Координаты 60°06.06N 168°49.61E
Тип трала РТПГ 80/376
Г оризонтальное раскрытие 48
Вертикальное р аскрыти е 37
Г оризонт хода трала 87
Ячея руб./вставки 10
0 20 23 30 34 40 45 50 60 62 64 70 8
Улов за 1 час Доля в Мин. Макс. Улов за 1 час Доля в Мин. Макс. Сред.
Вид траления, улове, длина, длина, длина, Вид траления, улове, длина, длина, длина,
кг % см см см кг % см см см
Минтай, Theragra chaicogramma 13740.46 100 21 40 29.3 Сельдь, Ciupea paiiasi 13725.49 100 22 35 30.7
Прочие виды Прочие виды
Биостатистический район 2
Промысловый район Зап. - Берин.з.
Сезон Октябрь, 1999
Время суток 7:20:35, Утро
Координаты 64°41.65N 179°52.24W
Тип трала РТПГ 80/376
Г оризонтальное раскрытие 40
Вертикальное р аскрытие 44
Горизонт хода трала 1
Ячея руб./вставки 10
Биостатистичес кий район 1
Промысловый район Арктика
Сезон Август, 2003
Время суток 16:25:11, День
Координаты 65°23.61N 170°17.20W
Тип трала РТПГ 80/376
Г оризонтальное раскрытие 40
Вертикальное раскрытие 38
Г оризонт хода трала 0
Ячея руб./вставки 10
і
Вид Улов за 1 час траления, кг Доля в улове, % Мин. длина, см Макс. длина, см Сред. длина, см
Мойва, Mailotus villosus 1100.63 99.65 9.5 16 11.6
Прочие виды 3.92 0.35
Вид Улов за 1 час траления, кг Доля в улове, % Мин. длина, см Макс. длина, см Сред. длина, см
Сайка, Boreogadus saida 22000 99.87 12 26.5 15.4
Прочие виды 28.11 0.13
Рис. 16. Пример представления данны из библиотеки характерных акустических изображений рыб дальневосточных морей
Fig. 16. An example of data from the library of acoustic images for fish species from the Far-Eastern Seas
10
0
5 10 15 20 25 30
Длина, см
Длина, с м
20 23 30 34 40 45 50 60 62 64 /0 80
Рис. 17. Результаты двухчастотной идентификации эхограмм: исходное изображение на частоте 38 кГц (центральный фрагмент), зоопланктон (верхний фрагмент) и нектон (нижний фрагмент)
Fig. 17. Results of dual-frequency identification of an echogram: middle — initial image on frequency 38 kHz, top — zooplankton; bottom — nekton
Рис. 18. Распределение плотности морских макрофитов в величинах sA (м2/миля2) и высоты слоя водорослей (м) по данным гидроакустических измерений в прол. Старка в мае 2010 г.: А — до шторма; Б — после шторма
Fig. 18. Density distribution of marine macrophytes (m2/n.mi2) and height of the algae layer (m) by hydroacoustic measurements in the Stark Strait in May, 2010: а — before storm; б — after storm
Рис. 19. Акустические изображения анфельции тобучинской Ahnfeltia tobuchiensis на водолазных станциях при проведении градуировки эхолота EY60
Fig. 19. Acoustic images of ahnfeltia Ahnfeltia tobuchiensis at diving stations during EY60 echo sounder graduation
Рис. 20. График зависимости коэффициента поверхностного рассеивания (sA) от плотности водорослей (р) на частоте 70 кГц (прол. Старка)
Fig. 20. Dependence of the area scattering coefficient (sA) on the algae density (р) for the frequency 70 kHz (experiment in the Stark Strait)
Выполнены исследования отражательной способности тихоокеанских кальмаров и сравнительные оценки плотности скоплений кальмаров и других объектов приповерхностного слоя вблизи судна в зал. Петра Великого с использованием гидроакустического эхоинтегрирующего комплекса в режиме вертикального (70 кГц) и горизонтального (120 кГц) сканирования (Кузнецов, Вологдин, 2010; Кузнецов и др., 2010).
Экспериментально получены регрессионные зависимости дорсальной отражательной способности (силы цели) тихоокеанского кальмара от длины тела на частотах 70 и 120 кГц: соответственно TS70 = 85,54log(ML) - 161,5 (r = 0,90) и TS120 = 96,55log(ML) - 173,3 (r = 0,95) (рис. 21). Эти уравнения с учетом углов наклона могут быть использованы для оценок запасов тихоокеанского кальмара Todarodes pacificus в российских водах эхоинтеграционным методом.
С использованием научных эхолотов установлен статистически значимый эффект увеличения плотности скоплений вблизи судна и уловов тихоокеанского кальмара при использовании звуковых полей, имитирующих сигналы мелких рыб — объектов питания кальмара (рис. 22). Впервые сделан вывод, что уловы кальмара на джиггеры не связаны с изменениями акустической плотности скоплений под судном и вблизи судна, а зависят от трофической активности кальмара в течение ночи (Кузнецов и др., 2010). Полученные результаты расширяют технические и тактические возможности использования средств активной локации для решения задач совершенствования гидроакустических и траловых технологий оценки разреженных скоплений беспозвоночных и рыб в верхней эпипелагиали моря и интенсификации их промысла.
Еще одна важная область применения гидроакустической измерительной техники
— исследования параметров орудий лова и оценки их уловистости.
До настоящего времени траления остаются основным инструментом получения данных о размерно-видовом составе гидробионтов в практике эхоинтеграционных и
Sa, м2миля'2
г = 0,90
TS =85,5375*lg(ML)-161,5084
г = 0,95
TS =96,5498*lg(ML)-173,2909
А Б
Рис. 21. Сила цели (TS) тихоокеанского кальмара Todarodes pacificus в дорсальном аспекте в зависимости от длины его мантии на частотах 70 (А) и 120 кГц (б)
Fig. 21. Dependence of the target strength of japanese common squid Todarodes pacificus in dorsal aspect on its mantle length for the frequencies 70 kHz (А) and 120 kHz (б)
Рис. 22. Фрагмент эхограммы, иллюстрирующей реакции кальмара и рыб при их акустическом стимулировании (режим горизонтального сканирования, частота 120 кГц)
Fig. 22. Fragment of the echogram illustrating squid and fish reaction on acoustic stimulation (regime of horizontal scanning, frequency 120 kHz)
траловых съемок запасов рыб. Отсутствие достоверной информации о параметрах входного устья трала (прежде всего его горизонтальном и вертикальном раскрытии) приводит к существенным ошибкам при оценке запасов гидробионтов (Волвенко, 1998).
Траловый комплекс в процессе движения подвержен воздействию многих факторов, в том числе меняющихся случайным образом и не всегда поддающихся учету в существующих математических моделях. Наблюдения за тралом показали, что на его форму, помимо чисто технических характеристик самого трала, связанных с особенностями его конструкции, типом досок, оснасткой верхней и нижней подборы, существенно влияет выбор режима траления (скорость траления,
глубина траления, длина ваеров), а также внешние факторы — направление и скорость течения и ветра, часто связанное с ними расположение трала относительно кильватерной струи судна, наполнение тралового мешка и др. (Кузнецов, Шевцов, 2006). Например, на рис. 23 видно, как за счет растяжимости сетной части трала изменяются с глубиной его геометрические параметры, а данные табл. 1 показывают, что периметр и площадь устья трала растут в основном за счет увеличения горизонтального раскрытия трала.
Рис. 23. Фрагменты эхограмм профиля учетного трала в режиме вертикального сканирования (система контроля трала FS20/25 Simrad): А — горизонт 0 м; Б — горизонт 30 м; в — горизонт 60 м (в рамке показаны площадь (м2) и периметр (м) устья трала)
Fig. 23. Fragments of the trawl profile echogram in the mode of vertical scanning (the system of trawl control FS20/25 Simrad): а — sea surface; б — depth 30 m; в — depth 60 m (the area, m2 and perimeter, m of the trawl mouth are shown in frame)
Таблица 1
Средние геометрические параметры трала РТ/ТМ 80/396, измеренные с использованием системы контроля трала FS20/25 в процессе тралений на горизонтах 0, 30 и 60 м
Table 1
Mean geometrical parameters of the trawl RT/TM 80/396 during trawling at depth 0, 30, and 60 m measured with using of the trawl control system FS20/25
Глубина верхней подборы, м Параметры трала
Длина ваера, м Скорость судна, Уз Площадь устья, м2 Периметр, м Горизонт. раскрытие, м Вертикал. раскрытие, м Дист. между досками, м Дист. до досок, м
0 252,6 4,12 984,8 108,9 39,4 37,6 - -
30 250,4 4,03 1272,5 123,1 46,2 39,7 107,1 160,3
60 283,2 3,98 1338,1 126,0 48,6 39,5 120,7 161,4
Отсюда следует, что форма и размеры устьевой части трала не являются постоянными и поэтому должны измеряться в процессе лова инструментально. Эти возможности предоставляет использование современной гидроакустической аппаратуры, которая передает на судно местоположение и текущие параметры трала в реальном масштабе времени. При этом если вертикальное раскрытие устья трала измеряют практически все траловые зонды, то горизонтальную составляющую профиля трала определяют лишь некоторые из них, например система контроля трала FS20/25 (FS70) Simrad (рис. 23), имеющая функцию вертикального кругового обзора (тралового гидролокатора) или бескабельная система контроля трала Scanmar, оснащенная датчиками расстояния на концах верхней подборы трала.
Как известно, все площадные методы оценки численности и биомассы через уловы зависят от принимаемых коэффициентов уловистости тех или иных орудий лова, применяемых для выполнения учетных работ. Поэтому вопрос экспериментальной и приборной оценки уловистости трала как основного инструмента оценки запаса промысловых видов рыб в дальневосточных морях сохраняет свою значимость и актуальность.
Трал, обладая дифференцированными селектирующими и улавливающими свойствами по отношению к различным видам и размерным классам гидробионтов, не является идеальной измерительной системой (Кадильников, 1993). Уловистость трала определяют прежде всего его конструкция, режим траления и поведение самих гидробионтов в зоне действия орудия лова. Установлена явно выраженная зависимость уловистости трала от характеристик пространственного распределения облавливаемых агрегаций (Kasatkina, 1991).
В работах по исследованию уловистости тралов устройства подводного наблюдения по оценке плотности, как правило, размещаются между распорными досками, в устье трала или непосредственно в самом трале (Обвинцев, 1975; Серебров, Попков, 1982; Коротков, 1998; Карпенко, 2006). Методическая ошибка таких измерений заключается в том, что наблюдения производятся в зоне, где уже происходит взаимодействие рыб и орудия лова и искажение, вследствие этого естественного распределения и концентрации рыб. По О.М. Лапшину (2009), для определения коэффициента уловистости измерение плотности рыб должно происходить не в зоне действия тралового комплекса, а перед ним. Для этого идеально подходит судовой подкильный эхоинтегрирующий комплекс.
В настоящее время начаты работы по количественной оценке уловистости учетных тралов, которые включают эхоинтеграционные измерения плотности рыб под судном (т.е. до начала воздействия орудия лова) и сравнение полученной акустическим методом биомассы рыб в протраленном объеме с фактическим уловом трала по вышеприведенной методике.
Результаты сравнения акустических оценок биомассы минтая в протраленном объеме под судном и фактических уловов минтая в одном из районов исследований в 2012 г. представлены на рис. 24. Коэффициент уловистости минтая для данного района составил в среднем 0,78.
№ траления
Рис. 24. Акустические оценки биомассы минтая в объеме траления и уловы трала в районе южных Курильских островов (март-апрель 2012 г.). КУ — коэффициент уловистости
Fig. 24. Acoustic assessments of pollock biomass in the volume filtered by trawl and the trawl catches at southern Kuril Islands in March-April, 2012 (КУ — catchability coefficient)
Но и этот коэффициент уловистости требует уточнения. Дело в том, что большинство промысловых видов рыб — сельдевые, тресковые, лососевые и некоторые морские беспозвоночные — обладают развитыми слуховыми способностями, позволяющими им воспринимать звуки и определять направление на их источник в широкой полосе частот и на значительных расстояниях. Диапазон воспринимаемых частот составляет у различных рыб от 0,1 Гц до 2000 Гц, чаще — до 1000 Гц, реже — до 5000 Гц (Hawkins, 1981; Сорокин, 1984; Popper et al., 2003; Кузнецов, 2011). Максимальная (пиковая) слуховая чувствительность большинства промысловых видов рыб приходится на частоты 20-500 Гц. Некоторые виды рыб способны обнаруживать более высокие частоты (больше 10 кГц) и ультразвук высокой интенсивности (Mann et al., 2002).
Большинство судовых гидроакустических устройств работает на ультразвуковых частотах выше 20 кГц, которые рыбы не слышат и не реагируют на них. Те виды рыб, которые все же способны воспринимать ультразвуковые колебания высокой интенсивности, должны находиться в непосредственной близости от источника, поскольку затухание ультразвука в воде достаточно велико (пропорционально квадрату частоты).
Совсем другое дело — шум самого судна. Спектр гидроакустического шума судна сосредоточен в области низких частот до 10 кГц. Частотные диапазоны с максимальной энергией спектра шумов судна и максимальной слуховой чувствительности большинства промысловых рыб совпадают, а уровни шума, за исключением специально построенных судов, значительно превышают слуховые пороги рыб (Кузнецов, 2011). Это означает, что в процессе съемки или промысла рыбы могут воспринимать шум судна на больших расстояниях.
Вместе с тем большинство работ, посвященных уловистости трала, описывают взаимодействие рыб и орудия лова, не принимая во внимание, что реакция рыб начинается задолго до зоны действия трала, а именно в шумовом поле судна. И в этом заключается вторая методическая ошибка измерений уловистости и соответственно оценки запасов рыб, при которых не учитываются реакции рыб на акустическое поле судна, интенсивность которого намного выше, чем самого орудия лова.
Чтобы повысить достоверность оценки уловистости траловых рыболовных систем и обилия рыб тралово-акустическим методом, влияние шумового поля судна на поведение рыб должно быть минимизировано технически или учтено методически.
Согласно рекомендации ICES, уровень шума судна на частотах ниже 10 кГц не должен превышать порог восприятия рыбами шума на расстоянии около 20 м (Mitson, 1995). Подавляющее большинство промысловых и научно-исследовательских судов, за исключением новых, специально построенных для проведения научных исследований, имеют уровни гидроакустического шума, значительно превышающие рекомендованные ICES (Левашов, Яковленков, 2008; Кузнецов, Вологдин, 2009). Расчеты показали, что дистанции реагирования некоторых видов промысловых рыб (например тресковых и
сельдевых) могут составлять 500 м и более (Кузнецов, 2011), поэтому для проведения съемок и оценки запасов рыб траловым и тралово-акустическим методом предпочтительны суда с низким уровнем гидроакустического шума, особенно на наиболее чувствительных объектах (сельди, треске, минтае и др.).
Чтобы учесть шум судна, необходимо в первую очередь его измерить.
Измерение шумов устройства—важная процедура для оценки уровня шума, генерируемого этим устройством в приемных системах. В данном случае устройством будет движущееся судно, а приемной системой — слуховые рецепторы рыб, находящихся на пути судна при его приближении. Разработан документ, устанавливающий методику измерений гидроакустического шума научно-исследовательских и промысловых судов, используемых при проведении ресурсных исследований ТИНРО-центра*. В соответствии с методикой в 2011 г. были выполнены измерения подводного шума двух судов типа «Атлантик» ТИНРО-центра: НИС «ТИНРО» и НИС «Профессор Кагановский».
Сонограмма на рис. 25 показывает изменение уровня звукового давления и спектра частот шумового поля судна в точке регистрации при проходе галса. Максимальный уровень шума отмечается на траверзе судна с концентрацией энергии в полосе частот ниже 2 кГц. Наблюдается яркая интерференционная картина (интерференция звука — сложение в пространстве двух или нескольких звуковых волн, при котором в разных точках пространства получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны) приповерхностного слоя в пограничных с траверзом зонах галсов с интервалом интерференции AF = 150-200 Гц.
Диаграмма направленности шумового поля НИС в основном круговая, но на отдельных частотах имеет классическую форму «бабочки», как, например, на частотах 800 и 1000 Гц (рис. 26).
На рис. 27 показаны спектральные характеристики подводного шума НИС «Профессор Кагановский» и НИС «ТИНРО», приведенные к полосе 1 Гц. Уровни шума, усредненные по трем галсам левым и правым бортами, представлены в децибелах относительно 1 мкПа и приведены к расстоянию 1 м. Для сравнения представлены уровни шума еще трех судов различного класса и назначения, используемых для био-ресурсных исследований, и рекомендуемый ICES
Как видно на рис. 27, РТМС «Простор» — наиболее шумное из всех представленных судов. Превышение уровня шума относительно рекомендованного ICES при
Рис. 25. Сонограммы спектра несущих частот шумового поля НИС «Профессор Кагановский» при проходе галса (left — горизонт 50 м, right — горизонт 15 м)
Fig. 25. Sonogram of carrier frequencies spectrum for underwater noise from moving RV Professor Kaganovsky (left — depth 50 m, right — depth 15 m)
* Методика выполнения измерений гидроакустического шума научно-исследовательских и промысловых судов, используемых при проведении ресурсных исследований ТИНРО-центра. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2011. — 2о с.
Рис. 26. Пространственные распределения уровня звукового давления шума НИС «Профессор Кагановский» (дБ/1 мкПа) в горизонтах глубин 15 и 50 м: А — интегральный; Б — в третьоктавных диапазонах частот
Fig. 26. Spatial distribution of sound pressure for underwater noise from RV Professor Kagan-ovsky (dB/1 ^Pa) at 15 and 50 m depth: А — integrated; Б — 1/3 octave-frequency bands
w
4
^ 1ПП --
90 --
-РТМС "Простор"
НИС "Проф. Кагановский"
-НИС "ТИНРО"
-НИС "Миллер Фримен"
НИС "Миллер Фримен" с тралом НИС "Оскар Дайсон"
ICES (1995)
80
10
100
1000
10000
Частота, Гц
Рис. 27. Характеристики подводного шума судов Fig. 27. Patterns of underwater noise from vessel
скорости судна 6 уз достигает на частотах до 160 Гц 30 дБ (приблизительно в 30 раз). НИС «ТИНРО» и НИС «Профессор Кагановский» на частотах свыше 100 Гц по уровню шума занимают промежуточное положение между РТМС «Простор» и НИС «Миллер Фримен» (AFSC, NOAA) и превышают рекомендуемый ICES уровень для научно-исследовательских судов на 10-20 дБ на различных частотах. НИС «Оскар Дайсон» (AFSC, NOAA) — самое малошумное из представленных. Уровень шума этого судна не превышает рекомендуемый ICES уровень во всем диапазоне частот, доступных слуху рыб.
С учетом данных о характеристиках акустического поля судов и слуховой чувствительности рыб, а также стереотипах двигательных реакций различных видов рыб на акустический стимул и их энергетических возможностях (скорости плавания) разработана упрощенная модель двигательного поведения рыб в шумовом поле судна.
Используемые в модели параметры представлены в табл. 2.
Таблица 2
Параметры, используемые в модели поведения рыб
Table 2
Parameters used in the fish behaviour model
Параметр Описание Единица измерения
l. PJ Длина рыбы j-го вида м
V в Вертикальная составляющая скорости движения рыб м/с
V. г. Горизонтальная составляющая скорости движения рыб вида j, в том числе:
V. К1 крейсерская скорость (первая фаза реакции) м/с
максимальная (спринтерская) скорость (вторая фаза реакции) м/с
V. бросковая скорость (третья фаза реакции) м/с
L^k Уровень звукового давления шума судна типа к на частоте f дБ/1 мкПа/ 1 м
L Г1 Уровень звукового давления шума в точке расположения ьй рыбы дБ/1 мкПа
L CJ Слуховой порог рыб вида j на частоте ^ дБ/1 мкПа
L pj Порог реакции рыб вида j (первая фаза) дБ/шум
L ри Порог реакции избегания рыб (вторая фаза) дБ/шум
V с Скорость судна м/с
В модели рыбы движутся в направлении, противоположном градиенту звукового давления шума. В начальный момент времени весь массив рыб в модели располагается по горизонтали и вертикали через выбранные равные интервалы дистанции (5 м). Эти интервалы выбраны исходя из 9-10-узлового хода судна для удобства односекундного представления интервалов времени. Судно двигается вдоль оси х и как источник шумового поля моделируется точкой с нулевыми значениями координат х, у, z ( х — ось по курсу судна, у — поперек курса судна, z — вертикальная ось).
Задавая вид и размер рыбы, тип и скорость движения судна (характеристики акустического поля), а также глубину скопления, можно прогнозировать возможное положение рыб относительно судна в любой момент времени. Например, на рис. 28 (вид сверху) показано горизонтальное избегательное поведение минтая в модели, выражающееся в уходе рыб в стороны от судна и заглублении. Отчетливо видно возмущенную область, где происходит реакция избегания и искажение пространственного распределения рыб. Площадь возмущенной области (зоны реакции рыб) и количество отклонившихся особей существенно сокращаются с глубиной.
Рис. 28. Модель поведения минтая в шумовом поле НИС «Профессор Кагановский»: вид сверху, разрез на глубине (z) 50 и 100 м (шкала — размерные группы рыб)
Fig. 28. Model of walleye pollock behaviour in the noise field of RV Professor Kaganovsky, top view for the depths (z) 50 and 100 m (scale for size groups of fish is presented)
В поперечной плоскости множество рыб в шумовом поле судна образуют типичную форму туннеля вблизи поверхности (рис. 29). При этом горизонтальные и вертикальные смещения рыб в соответствии с направлениями, минимизирующими влияние шума, уменьшаются к краям туннеля, т.е. по мере увеличения горизонта расположения рыб и удаления в стороны от судна.
Конечное местоположение рыб при разной скорости движения судна также существенно различается (см. рис. 28, 29). Возмущенную область, где происходит реакция избегания, при скорости движения судна в 3,5 уз успевают покинуть значительно больше рыб, чем при скорости судна 9,0 уз. Это подтверждают результаты экспериментов, согласно которым акустическое обратное рассеяние (плотность) рыб под судном, двигающимся на свободном ходу со скоростью 11 уз, было значительно выше по сравнению с тралящим (3-4 уз) (Ona, Godo, 1990; De Robertis, Wilson, 2006).
Сравнивая распределение рыб в зависимости от их размеров, можно видеть, что крупные рыбы, имеющие более высокие энергетические возможности (скорости плавания), в процессе реакции смещаются дальше от судна, чем мелкие объекты, что демонстрирует одно из проявлений селектирующего действия шумового поля.
И наконец, существенно различаются площади возмущенной области (зоны реакции рыб) в зависимости от интенсивности шумового поля (типа судна) и вида рыб. Наибольшую площадь имеет зона реакции в шумовом поле РТМС «Простор». НИС
о
-so
-100
-150-
.''•'r## * • *»»»**
iiiii mm
Скорость 9,0 уз
-150
-100
-50 О
Дистанция,«
50
100
150
Скорость3,5 уз
Дистанция, м
Рис. 29. Модель поведения минтая в шумовом поле НИС «Миллер Фримен»: разрез в плоскости yz для x = 0, судно в точке с нулевыми координатами
Fig. 29. Model of pollock behaviour in the noise field of RV Miller Freeman, front view for x = 0 (the vessel in the zero poin)
«Профессор Кагановский» и НИС «ТИНРО» имеют вторую по площади зону реакции минтая, а НИС «Миллер Фримен» — вторую по площади после РТМС «Простор» зону реакции тихоокеанской сельди. НИС «Оскар Дайсон» из всех рассмотренных видов рыб оказывает влияние только на минтая, но весьма незначительное (рис. 30).
Скорость 9,0 у з
Скорость 3,5 уз
О 30 сі О 40 с
z = 10 м
•ISO -100 -SO 0 SO 100 ISO Дистанция, м
•ISO -100 -SO 0 SO 100 ISO Дистанция, м
Рис. 30. Модель поведения минтая в шумовом поле НИС «Оскар Дайсон»: вид сверху, разрез на глубине (z) 10 м
Fig. 30. Model of pollock behaviour in the noise field of RV Oscar Dyson, top view for the depth (z) 10 m
Заключение
В настоящее время гидроакустический метод активно используется в системе мониторинга водных биологических ресурсов дальневосточных морей ТИНРО-центра для оценки текущего состояния запасов и межгодовой динамики численности, биомассы и пространственного распределения промысловых объектов в Беринговом и Охотском морях и прилегающих водах восточной Камчатки и Курильских островов. Не менее большое значение имеет совершенствование программных средств поддержки дистанционного мониторинга рыбных ресурсов и расширение списка объектов, оцениваемых гидроакустическим методом (в том числе морских макрофитов, кальмаров, медуз), ведение архивов и интегрированных баз данных гидроакустических и сопутствующих измерений, разработка способов повышения достоверности оценки биоресурсов, выполняемых тралово-акустическим методом.
Одним из факторов нестабильности и источников погрешности оценки запасов рыб тралово-акустическим методом является влияние шумового поля судна. Разработана простая модель двигательного поведения рыб в шумовом поле судна. Уровень источника шума — наиболее чувствительный параметр в модели.
Понятно, что не все стаи рыб, находящиеся в возмущенной области, отвечают на шум судна реакцией избегания. В модель пока не включены параметры, учитывающие физиологическое состояние рыб и факторы среды. Вместе с тем, как показывают эксперименты, внутренние мотивации объекта оказывают не меньшее влияние на силу реакции, чем интенсивность звукового поля судна в месте расположения рыб (Гончаров и др., 1991; Vab0 et al., 2002; De Robertis, Wilson, 2010). Поэтому следующим шагом должны стать эксперименты по исследованию избегательного поведения рыб in situ при различном их физиологическом состоянии с использованием мобильного научного эхолота при приближении к нему судна на свободном ходу или судна с тралом. Это позволит оценить естественное распределение рыб (до начала воздействия на рыб шумового поля судна) и в зоне действия судна с тралом, что может быть использовано в модели для уточнения дистанции реагирования (порогов реакции) и доли реагирующих рыб в зависимости от их физиологического состояния (сезона), времени суток и параметров среды.
Одной из целей будущих исследований является накопление и усвоение данных по индивидуальному поведению рыб in situ с учетом физиологического состояния объекта и температурного режима вод. Эти формы поведения (обычно это горизонтальная и вертикальная составляющая вектора скорости движения рыб) могут быть оценены экспериментально из записанных эхотреков одиночных рыб, попавших в расщепленный луч мобильного эхолота при наплывании на него судна. Полученные диаграммы скорости движения позволят уточнить поле средних скоростей и смещения рыб относительно судна в модели.
Уточненная модель поведения рыб в шумовом поле судна будет использована в виде дополнительного программного модуля FAMAS для компенсации потерь энергии эхосигнала (коэффициента поверхностного рассеяния sA) при эхоинтеграционной оценке запасов и при определении уловистости трала.
Весьма полезным будет оснащение судов ТИНРО-центра в будущем году цифровым научным гидролокатором кругового обзора SH80 и траловым зондом SI6110 Simrad, поддерживающими возможность накопления гидроакустических измерений в реальном масштабе времени и последующей постпроцессорной обработки. При их совместном использовании с цифровым научным эхолотом ЕК60 будет реализована возможность измерения акустической плотности рыб одновременно вокруг судна, под судном, в пространстве между судном и тралом и в устье трала, т.е. в любой точке окружающей акватории. В результате для каждой траловой станции в процессе съемки может быть оперативно получен сквозной (или суммарный) коэффициент уловистости промысловой системы судно—трал, оцениваемый как отношение количества пойманных рыб в трале к количеству рыб в протраленном объеме перед судном, т.е. до начала воздействия шумового поля судна и орудия лова.
список литературы
волвенко И.в. Проблемы количественной оценки обилия рыб по данным траловых съемок // Изв. ТИНРО. — 1998. — Т. 124. — С. 473-500.
Гончаров с.М., Борисенко Э.с., пьянов А.М. Влияние рыболовного судна на поведение стай ставриды // Рыб. хоз-во. — 1991. — № 3. — С. 52-54.
Ермольчев в.А., Гаврилов Е.Н., Фимина Е.Н. Методические рекомендации по организации и выполнению гидроакустических съемок запасов гидробионтов. — Мурманск : ПИНРО, 1993. — 132 с.
ермольчев в.А., ермольчев М.в., бешерат К. Результаты и пути совершенствования многовидовых гидроакустических исследований запасов гидробионтов в южном Каспии // Инструментальные методы рыбохозяйственных исследований. — Мурманск : ПИНРО, 1996.
— С. 12-30.
Кадильников Ю.в. Вероятностный расчет параметров тралов с заданной уловистостью и селективностью : монография. — Калининград : АтлантНИРО, 1993. — 339 с.
Карпенко Э.А. Оценка уловистости тралов на промысле минтая и определение структуры облавливаемых скоплений // Тр. ВНИРО. — 2006. — Т. 146. — С. 280-285.
Коротков в.К. Реакции рыб на трал, технология их лова : монография. — Калининград : МариНПО, 1998. — 398 с.
Кузнецов М.Ю. Дистанции реагирования различных видов рыб на гидроакустические шумы промысловых и научно-исследовательских судов и допустимые уровни шума // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 164. — С. 157-176.
Кузнецов М.Ю. Опыт использования научного эхолота ЕК-500 для исследования распределения и количественных оценок лососей в Беринговом море в летне-осенний период // Изв. ТИНРО. — 2004. — Т. 139. — С. 404-417.
Кузнецов М.Ю., вологдин в.Н. Гидроакустические шумы промысловых и научноисследовательских судов и их влияние на поведение и оценки запасов рыб (обзор и перспективы исследований) // Изв. ТИНРО. — 2009. — Т. 157. — C. 334-355.
Кузнецов М.Ю., вологдин в.Н. Исследование акустической силы цели тихоокеанского кальмара (Todarodespacificus) // Изв. ТИНРО. — 2010. — Т. 161. — С. 120-134.
Кузнецов М.Ю., вологдин в.Н., баринов в.в. Исследование влияния акустических стимулов на плотность скопления гидробионтов вблизи кальмароловного судна и уловы кальмаров на джиггеры // Изв. ТИНРО. — 2010. — Т. 162. — С. 371-388.
Кузнецов М.Ю., Ефимкин А.я., басюк Е.О. Распределение минтая и условия его обитания в Наваринско-Анадырском районе Берингова моря летом-осенью 2002-2003 гг. // Изв. ТИНРО. — 2006. — Т. 144. — С. 247-264.
Кузнецов М.Ю., Николаев А.в. Некоторые аспекты и результаты гидроакустических исследований морских макрофитов в проливе Старка в июле 2009 г. // Мат-лы Междунар. науч.-техн. конф. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2010. — С. 241-243.
Кузнецов М.Ю., Николаев А.в. Руководство по сбору и первичной обработке данных акустических измерений при проведении тралово-акустических съемок запасов минтая в Беринговом море. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2000. — 68 с.
Кузнецов М.Ю., Николаев А.в., борец л.А. Осеннее распределение и вертикальные миграции сеголеток минтая в северо-западной части Берингова моря по результатам траловоакустических съемок в 1997-2001 гг. // Изв. ТИНРО. — 2004. — Т. 139. — С. 91-101.
Кузнецов М.Ю., Николаев А.в., борец л.А., Гаврилов Г.М. Особенности распределения минтая в северо-западной части Берингова моря осенью 2000 г. и их межгодовая изменчивость по результатам учетных съемок в 1997-2000 гг. // Вопр. рыб-ва. — 2002. — Т. 3, № 2(10). — С. 288-303.
Кузнецов М.Ю., Шевцов в.И. Использование системы контроля трала SIMRAD FS20/25 для исследования геометрии трала // Сб. науч. тр. Дальрыбвтуза. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2006. — С. 74-80.
лапшин О.М. Подходы к определению коэффициента уловистости учетных тралов // Изв. ТИНРО. — 2009. — Т. 157. — С. 247-260.
левашов д.Е., яковленков Е.А. Конструктивные особенности рыболовных НИС нового поколения в связи с рекомендациями ИКЕС по снижению уровня судовых шумов, излучаемых в воду // Мат-лы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. — М. : ВНИРО, 2008. — С. 221-224.
Мамылов в.с. Некоторые аспекты оценки плотности рыбных скоплений траловоакустическими методами // Развитие технических методов рыбохозяйственных исследований.
— Мурманск : ПИНРО, 1999. — С. 147-163.
Мамылов B.C., Дорченков А.Э., Фимина Е.Н. Руководство по сбору и первичной обработке акустической информации в процессе тралово-акустических съемок. — Мурманск : ПИНРО, 1989. — 60 с.
Николаев А.В., Кузнецов М.Ю., Убарчук И.А. Инструментальные средства и информационные технологии акустического мониторинга рыбохозяйственных акваторий // Рыб. хоз-во. — 2000. — № 4. — С. 37-39.
Обвинцев А.Л. О взаимодействии объекта лова с тралом // Рыб. хоз-во. — 1975. — № 1. — С. 48-51.
Серебров Л.И., Попков Г.В. Определение коэффициента уловистости донного трала с помощью бПа «Тетис» // Рыб. хоз-во. — 1982. — № 8. — С. 59-61.
сорокин М.А. Слуховые способности некоторых дальневосточных рыб : автореф. дис. ... канд. биол. наук. — М. : ИЭМЭЖ, 1984. — 28 с.
Урик Р.Д. Основы гидроакустики : монография. — Л. : Судостроение, 1978. — 448 с. (Пер. с англ.)
De Robertis A., Wilson C.D. Silent ships sometimes do encounter more fish. 2. Concurrent echosounder observations from a free-drifting buoy and vessels // ICES J. Mar. Sci. — 2010. — Vol. 67(5). — P. 996-1003.
De Robertis A., Wilson C.D. Walleye pollock respond to trawling vessels // ICES J. Mar. Sci.
— 2006. — Vol. 63. — P. 514-522.
Hawkins A.D. The hearing abilities of fish // Hearing and sound communication in fishes. — N.Y., 1981. — P. 109-138.
Kasatkina S.M. Midwater trawl catchability as an aspect of quantitave assessment of krill biomass condacted a trawl census survey // Selected Scientific Papers (SC-CAMLR-SSP/8). — Australia, 1991. — P. 257-272.
MacLennan D.N., Fernandes P.G., Dalen J. A consistent approach to definitions and symbols in fisheries acoustics // ICES J. Mar. Sci. — 2002. — Vol. 59. — P. 365-369.
MacLennan D.N., Simmonds E.J. Fisheries acoustics. — L. : Chapman & Hall, 1992. — 325 p.
Mann D.A., Higgs D.M., Tavolga W.N., Popper A.N. Ultrasound detection by clupeiforme fishes // Bioacoustics. — 2002. — Vol. 12. — P. 188-191.
McQuinn I.H., Reid D., Berger L. et al. Description of the ICES HAC Standard Data Exchange Format, Version 1.60 : ICES Cooperative Research Report. — 2005. — № 278. — 86 p.
Mitson R.B. Underwater noise of research vessels: review and recommendations : ICES Cooperative Research Report. — 1995. — № 209. — 61 p.
Ona E., Godo O.R. Fish reaction to trawling noise: the significance for trawl sampling // Rapp. P.-v. Reun. Cons. Int. Explor. Mer. — 1990. — Vol. 189. — P. 159-166.
Popper A.N., Fay R.R., Platt C., Sand O. Sound detection mechanisms and capabilities of tele-ost fishes // Sensory Processing in Aquatic Environments. — N.Y. : Springer-Verlag, 2003. — P. 3-38.
Simmonds E.J., Williamson N.J., Gerlotto F., Aglen A. Acoustic Survey Design and Analysis Procedure : ICES Cooperative Research Report. — 1992. — № 187. — 131 p.
Species Identification Methods From Acoustic Multi-frequency Information : Final Report / ed. P. Fernandes. — 2005. — 488 p.
Vab0 R., Olsen K., Huse I. The effect of vessel avoidance of wintering Norwegian spring spawning herring // Fish. Res. — 2002. — Vol. 58. — P. 59-77.
Поступила в редакцию 10.10.12 г.

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх