淺談海洋漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查方法

劉慧濤，田嘉琳

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066000）

水聲聲學(xué)是目前人類發(fā)現(xiàn)的唯一一種能在海洋中遠(yuǎn)距離傳播的能量傳播形式，其他的傳播媒介如可見光、電磁波等在海洋會(huì)很快衰減，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播的目的。水聲學(xué)最初被人們普遍用于戰(zhàn)爭使用，主要用來探測水下的潛艇，經(jīng)過數(shù)百年的發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用于水下導(dǎo)航、探魚、測深及海底地形測繪等方面[1]。漁業(yè)聲學(xué)是水聲聲學(xué)的一個(gè)重要分支，早在20世紀(jì) 70 年代開始在國際上就出現(xiàn)了運(yùn)用聲學(xué)方法評(píng)估漁業(yè)資源的方法，從而被人們廣泛推廣。聲學(xué)調(diào)查目前已發(fā)展成為海洋漁業(yè)資源調(diào)查的重要方法之一。

1 聲學(xué)調(diào)查的適用情況及其調(diào)查的基本原理

1.1 聲學(xué)調(diào)查的適用情況

聲學(xué)調(diào)查適用于在近海和陸架區(qū)等較平坦或者較為開闊的地區(qū)，主要是對(duì)水體中集群性較強(qiáng)、資源分布比較簡單的中上層魚類以及頭足類等游泳生物進(jìn)行的資源調(diào)查。

1.2 聲學(xué)調(diào)查漁業(yè)資源的基本原理

運(yùn)用聲波來探測水中生物的主要原理是根據(jù)生物體與海水介質(zhì)的物理特性不同這一原理。當(dāng)探魚儀發(fā)射出的聲波在海水中傳播時(shí)，因?yàn)楹Ｑ笊锲涓鹘M織器官的聲阻抗率與海水介質(zhì)不同，如果有海洋生物出現(xiàn)在這一范圍內(nèi)，生物體表面會(huì)對(duì)射入的聲波形成散射,其中一部分會(huì)反向散射至探魚儀換能器,被換能器接收,即回聲信號(hào)[2]。聲學(xué)調(diào)查的主要儀器設(shè)備為回聲探測—積分系統(tǒng)。回聲積分法的主要原理是用取樣單位水域面積內(nèi)魚群回聲強(qiáng)度的積分值,除以單個(gè)個(gè)體的超聲波反射率目標(biāo)回聲強(qiáng)度,從而得出魚類的個(gè)體數(shù)[3]。運(yùn)用聲學(xué)技術(shù)原理可以對(duì)海洋漁業(yè)生物資源進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的資源調(diào)查和評(píng)估。

2 聲學(xué)調(diào)查的流程環(huán)節(jié)

聲學(xué)調(diào)查的流程環(huán)節(jié)一般包括航線行程的設(shè)計(jì)、生物學(xué)采樣、聲學(xué)數(shù)據(jù)收集、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、目標(biāo)強(qiáng)度的確定、映像分析等等多個(gè)環(huán)節(jié)，這其中的每一個(gè)環(huán)節(jié)的工作都會(huì)對(duì)最終調(diào)查結(jié)果產(chǎn)生重要影響[4]，因此聲學(xué)調(diào)查的每一個(gè)環(huán)節(jié)的工作都應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)縝密，盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差，在這里主要介紹生物學(xué)取樣與聲學(xué)數(shù)據(jù)收集這兩個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 生物學(xué)取樣

采集產(chǎn)生回波映像的生物樣品時(shí)主要采用底拖網(wǎng)的取樣方法，在預(yù)設(shè)站位及映像密集區(qū)投至底層或者變水層進(jìn)行拖網(wǎng)采集，在變水層進(jìn)行拖網(wǎng)采集時(shí)應(yīng)使用網(wǎng)具監(jiān)測系統(tǒng)瞄準(zhǔn)捕撈。拖網(wǎng)起網(wǎng)后在甲板上先對(duì)漁獲物進(jìn)行挑選、分類和取樣，當(dāng)漁獲少(小于20 尾)的魚類全部取樣，其余魚類視漁獲多寡按比例進(jìn)行抽樣，對(duì)所有魚類進(jìn)行計(jì)數(shù)[5]和分類，并對(duì)其進(jìn)行生物組成和各漁獲物種類的體長、體重組成分析。

2.2 聲學(xué)數(shù)據(jù)收集

積分起始水層至少應(yīng)為換能器近場距離的2倍，回聲探測—積分系統(tǒng)的積分起始水層一般為3-5m，積分起始水層在換能器之下5m 是為了避開換能器的近場區(qū),因?yàn)樵趽Q能器的近場內(nèi)其尚未形成穩(wěn)定的波束,從而無法對(duì)探測目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析;積分終止水層在海底之上0.5m 則是主要為了避免來自不規(guī)則海底或者地表之上的巖石等異物的回波影響到目標(biāo)生物的積分值[2]，積分水層厚度應(yīng)等間距設(shè)置，基本積分航程單元：當(dāng)調(diào)查范圍的尺度較小時(shí)選1n mile;當(dāng)調(diào)查尺度是5n mile 的多倍時(shí)選5n mile。

3 聲學(xué)調(diào)查相較于傳統(tǒng)調(diào)查方法的優(yōu)缺點(diǎn)

傳統(tǒng)的漁業(yè)資源調(diào)查方法有魚卵和仔稚魚浮游生物網(wǎng)調(diào)查、標(biāo)志重捕法、營養(yǎng)動(dòng)態(tài)法等，但是傳統(tǒng)的漁業(yè)資源調(diào)查方法涉及很多的限制因子，如魚卵和仔稚魚浮游生物網(wǎng)調(diào)查法只適用于產(chǎn)漂流性卵魚類的資源量估算。聲學(xué)調(diào)查與其它的資源調(diào)查方法相比較而言,聲學(xué)調(diào)查具有快速、準(zhǔn)確、覆蓋面大、預(yù)報(bào)及時(shí)而又不損害魚類資源等等諸多優(yōu)點(diǎn)[6],除此之外還有不會(huì)影響被調(diào)查海域的生態(tài)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，因此在近幾年聲學(xué)調(diào)查技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。

但是由于聲學(xué)探測儀器本身性能可能存在的偏差，其評(píng)估結(jié)果也會(huì)受到一定的影響。有研究表明調(diào)查結(jié)果會(huì)因儀器對(duì)回波靈敏度的大小、水底回波信號(hào)的判別的準(zhǔn)確性、二次回波造成的干擾以及儀器本身所產(chǎn)生的噪音等因素而產(chǎn)生較大影響和偏差。單一利用聲學(xué)調(diào)查漁業(yè)資源時(shí)還存在其他的缺點(diǎn)，例如不能判別調(diào)查對(duì)象的年齡和性別，就不能研究魚類種群的年齡結(jié)構(gòu)和性格比例等。為了能全面掌握魚類種群動(dòng)態(tài)特征,傳統(tǒng)漁業(yè)資源調(diào)查和評(píng)估方法也是不可或缺的[6]。因此，在進(jìn)行漁業(yè)資源調(diào)查前應(yīng)結(jié)合調(diào)查目的，綜合利用傳統(tǒng)的漁業(yè)資源調(diào)查方法和新興調(diào)查技術(shù)，選取適合的調(diào)查方法進(jìn)行資源調(diào)查。

4 結(jié)語

聲學(xué)調(diào)查技術(shù)是漁業(yè)資源調(diào)查研究新流行和發(fā)展起來的高新技術(shù)，它能夠迅速地對(duì)海洋漁業(yè)生物資源進(jìn)行評(píng)估和調(diào)查，到目前為止，聲學(xué)調(diào)查已成為國際上廣泛采用的漁業(yè)資源調(diào)查方法，并且在世界上主要的漁業(yè)發(fā)達(dá)國家得到了推廣。