目視和聲學聯合調查中華白海豚的比較研究

■ 文｜廣東珠江口中華白海豚國家級自然保護區管理局 肖尤盛

中山大學海洋科學學院 謝全 鄭如栩 李程好 黎夢真 桂端

中華白海豚（S o u s a chinensis），1988年被國家列為一級保護動物，2017年被世界自然保護聯盟（IUCN）紅色名錄評為易危物種。目前，我國有中華白海豚4000～5000頭，其中近2500頭分布在珠江口水域。過去中華白海豚和鯨類的調查方法多采用傳統目視法進行調查監測，但近年來，隨著科技的發展，越來越多的研究者開始采用被動聲學監測方法進行鯨類物種的調查研究。與傳統的目視調查方法相比，被動聲學監測能夠在惡劣的天氣條件下、動物在水下活動以及光線不佳的情況下檢測到動物，增加動物被檢測到的機會和效率。

本研究在對珠江口北部的中華白海豚進行船基的目視和聲學截線調查監測進行比較。采用中山大學海洋科學學院開發的回聲定位信號檢測程序來檢測中華白海豚的回聲信號，并對其效率進行評估和比較。本調查和比較可以為中華白海豚的保護和管理提供更準確和可靠的數據，有助于更科學和推動該物種的監測。

一、調查監測方法

從2022年8月至2023年2月，在珠江口中華白海豚國家級自然保護區內及其周邊海域同時進行了目視法和被動聲學截線調查。此次調查是由廣東珠江口中華白海豚國家級自然保護區管理局和中山大學海洋科學學院合作完成的，使用保護區提供的一艘7.8巡護快艇。所有的調查都是從唐家灣碼頭出發，當天返回。調查以8～10節的航速進行，調查截線涵蓋珠江口北部淇澳島至港珠澳大橋之間的水域。

1.目視調查

出海調查活動

水聽器

保護區巡護艇

調查發現的中華白海豚

調查發現的中華白海豚

航跡圖

目視調查時間一般從早上6點開始至下午5點。記錄事件的時間和經緯度信息，包括開始、結束、海況和航向變化等。使用手持GPS測量經緯度、航速、航向和航程。觀察團隊有兩名觀察員分別在船的兩側，以船頭為0度，搜索-90度到90度的海面。觀察人員每30分鐘輪換一次，以避免疲勞。當發現海豚群時，觀察員報告距離和方位，并使用高速單反相機拍攝海豚背鰭照片以用于個體識別。記錄海豚群的標準參數，包括發現時間、經緯度、角度、目測距離、個體數、體色組成和行為。體色組成包括無斑點幼體（UC）、無斑點青年個體（UJ）、斑點青年個體（SJ）、斑點成年個體（SS）、少斑點成年個體（SA）和無斑點成年個體（UA）六個類別。

2.被動聲學監測

目視調查和被動聲學監測同時進行。使用拖曳式水聽器在深度超過3米的水域連續記錄水下海豚聲音信號并實時傳輸回甲板單元。該拖曳式水聽器在水深超過3米的水域進行布放，并在船只后方 50米處拖曳，在船只航行時位于水下 1 米左右。水聽器元件靈敏度為-170dBre1V/μPa，工作頻帶范圍為20Hz～200kHz，2kHz以上頻段工作自噪聲小于35dBre1μPa。甲板單元由PoE（Power over Ethernet）傳輸/供電模塊和運行中華白海豚回聲定位信號實時檢測程序的Jetson Xavier NX計算機組成。發現中華白海豚回聲定位信號后，程序會自動記錄發現時間。

二、結果與分析

本研究共進行了3個截線調查航次，其中3個航次進行了被動聲學調查（表1），包括19小時13分鐘的目視調查和19小時13分鐘的聲學調查結果。目視和聲學聯合調查的時間為19小時13分鐘。沒有校正影響觀測效率的潛在因子，只顯示了中華白海豚在珠江口北部的空間聚集和對淇澳島近岸水域的偏好。

表1 航次信息表

1.目視調查結果

基于8次確認的目擊發現，海豚群體通常很小，每次目擊發現平均觀察到6頭中華白海豚。大多為成年海豚和幼年海豚組成的母子對或群體，其中少部分為單獨活動的成年或幼年中華白海豚。

2.聲學監測結果

在被動聲學調查中總共檢測到9次中華白海豚回聲定位信號事件（以10min作為事件時間間隔），每次事件的檢測次數從1次到1212次（平均值：571）。使用Raven pro1.6軟件檢查相關的“.wav”聲音文件數據，人工驗證檢測到的4642次中華白海豚回聲定位信號。其中，4580次為真陽性檢測，假陽性檢測的數量很低，僅有62次，占總陽性檢測次數的1.3%（表2）。

表2 聲學監測結果

3.對比分析

在所有截線調查航次中，中華白海豚的總體遇見率為0.4226群/小時（目視）和0.4628群/小時（聲學）。因此，聲學調查（n=8）的海豚觀測效率高于目視調查（n=9），聲學發現率是目視發現率的1.125倍（表3）。在目視和聲學聯合調查航次中，共有8次目視調查目擊發現和9次聲學調查檢測發現，其中大多數海豚都可被目視和聲學調查方法共同發現。目視發現的海豚都可被聲學系統100%檢測到，但聲學檢測發現中有11.11%被目視調查遺漏。在目視和聲學調查方法共同發現的海豚事件中，大多數發現（88.89%）聲學調查比目視調查提前發現海豚活動，聲學調查發現時間平均比目視調查提前7.9分鐘（表4）。

表3 目視和聲學方法對比表

表4 目擊事件和聲學事件統計表

三、討論

近年來，我國多家研究機構采用被動聲學開展中華白海豚或鯨類的監測，在長江江豚等小型齒鯨的回聲定位信號的監測中已經很成熟。這得益于技術進步和高采樣率（即250kHz及以上）的精密聲學設備價格的降低。本項目的調查監測是近年來首次在珠江口區域同時進行目視和聲學監測的鯨豚類截線調查，調查中還首次使用新開發的聲學自動化檢測程序進行實時被動聲學監測。

1.目視法與被動聲學監測法的優缺點

傳統的目視法調查監測中華白海豚，可以很好的獲得中華白海豚的數量、分布與棲息地偏好，但對數據量要求較大，存在可得性偏差（如動物在水面以下時）和感知偏差（如惡劣海況造成的偏差）。實際觀測中，我們曾遇到聲學儀器發出警報后很長一段時間后才觀測到海豚出現或者并未觀測到海豚出現，推測可能是當海豚長期潛水不上浮換氣時我們難以肉眼觀察到它的出現或大氣能見度較低時不易觀察到距船只較遠的海豚。

自動檢測程序的發展極大地促進了鯨類聲學數據的處理過程，在調查中使用了中華白海豚回聲定位信號檢測程序，根據檢測到的回聲定位信號數量、信號特征以及信號間隔對聲學檢測事件進行識別。通過人工檢查聲音文件數據表明，該程序對我們的數據非常有效，能夠快速準確地識別中華白海豚回聲定位信號，克服了船基目視法受光線、海況和極端天氣影響大、無法對夜間和惡劣天氣狀況下的鯨豚類活動進行調查的缺陷。

我們將聲學調查（0.4628群/小時）比目視調查（0.4226群/小時）的海豚遇見率更高歸因于被動聲學的使用有助于減少可得性偏差和感知偏差并提高檢測率，但前提是鯨目動物在檢測范圍內發聲。而在實際走航過程中，我們曾經遇到看到海豚出現但聲學儀器并未響應的情況，這種情況通常出現在觀察到單頭海豚的時候。我們分析造成該情況的原因是海豚背離水聽器方向發聲或海豚與水聽器距離過遠。

2.目視和聲學聯合調查可提高監測效率

對目視和聲學聯合調查數據的分析表明，聲學監測法能先于目視法檢測到海豚，但兩種調查方法都可能遺漏從船只旁邊經過的海豚。船基調查的聲學探測范圍取決于信號源強度、船只速度和環境噪聲等。據報道，大型齒鯨（如抹香鯨Physeter macrophalus）的最大聲學探測范圍遠遠超過了可能的視覺范圍。然而，與大型齒鯨（如抹香鯨）相比，中華白海豚這種小型齒鯨物種以相對較低的聲源水平產生高指向性的高頻回聲定位信號，這可能導致回聲定位信號的傳播距離縮短。因此，當被動聲學監測與目視調查同步進行時，平靜海況下目視觀察距離可能超過聲學檢測距離；海況較差時則可以通過聲學監測系統的預警信號指導目視觀察。考慮到這些結果，結合目視和聲學兩種觀測方法提高了總體調查效率。