Совершенствование гидроакустического метода для количественной оценки личинок и молоди рыб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.17, кандидат технических наук Гончаров, Сергей Михайлович

• Гончаров, Сергей Михайлович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гончаров, Сергей Михайлович

Введение.

Глава I. Гидроакустический метод оценки распределения и биомассы рыбных концентраций.

1.1. Теория вопроса.

1.2. Планирование съемок.

1.3. Аппаратура и режимы ее работы.

1.4. Сила цели (Т8).

1.5. Построение карт распределения плотности рыб и расчет их биомасс.

Глава 2. Гидроакустические измерения силы цели личинок сельди С1иреа

Нагещш в мезокосме.

2.1. Конструкция мезокосма.

2.2. Гидроакустическое оборудование и системы обработки гидроакустических сигналов.

2.3. Методика проведения работ.

2.3.1. Оплодотворение и выращивание икринок в инкубаторе.

2.3.2. Кормление и облов личинок для проведения морфометри-ческих измерений.

2.3.3. Гидроакустические измерения.

2.4. Результаты биологических измерений личинок.

2.5. Изменение отражательных свойств личинок по мере их роста.

2.5.1. Эволюция силы цели личинок на раннем периоде взросления.

2.5.2. Функциональная зависимость силы цели от длины личинок с момента появления газовой системы.

2.6. Анализ модельных и экспериментальных данных Т8 личинок.

Глава 3. Гидроакустические съемки личинок рыб.

3.1. Орудия и методы контрольных обловов личинок рыб.

3.2. Особенности пространственного распределения личинок.

3.3. Количественная оценка и распределение биомассы личинок на примере гидроакустической съемки личинок анчоуса.

3.3.1. Расчет биомассы личинок на основе корреляционных зависимостей между результатами контрольных обловов и эхоинтегрирования в слое облова.

3.3.2. Расчет биомассы личинок с использованием уравнений силы цели.

Глава 4. Особенности обработки данных гидроакустических съемок рыбной молоди и старших возрастных групп.

4.1. Селекция полезных сигналов на фоне ЗРС.

4.1.1. Визуальная экспертная оценка эхограмм в режиме отложенного времени.

4.1.2. Автоматическая селекция сигналов на основе двухчастотного метода.

4.2. Расчет рыбной биомассы на примере одновидовых скоплений равноразмерных рыб.

4.3. Расчет рыбной биомассы многовидовых скоплений молоди и взрослых рыб.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование гидроакустического метода для количественной оценки личинок и молоди рыб»

Задача количественной оценки и построение карт распределения гидробионтов, изучение влияния окружающей среды на временную динамику морской биомассы и< ее пространственного распределения представляет несомненный интерес для рыбохозяйственных и природоохранных целей. Такие знания существенно помогают в проведении рационального промысла и в сохранении морских биоресурсов. При напряженном состоянии биоресурсов и мощном воздействии; многочисленных антропогенных факторов; которые наблюдаются почти повсеместно, для сохранения рыбных запасов необходима правильная их эксплуатация» Чтобы сохранить промысловый вид от перелова нельзя; допускать сокращения его запаса, ниже критического уровня, который определяется^ применительно к каждому виду. Балансирование вблизи критического уровня запаса требует высокой точности прогнозированиям промыслового изъятия. Такие прогнозы запасов и промыслового изъятия, как известно, строятся* на биологических методах,, в ¡которых, используется принцип восстановления* численности поколений и промыслового части; популяции по данным-размерно-возрастного состава\уловов.'

Оценка:, и контроль, биоресурсов широко осуществляется с помощью траловых съемок на исследовательских судах. К сожалению траловые съемки не всегда в состоянии обеспечить необходимую точность количественной оценки рыбных ресурсов и в конечном итоге — прогнозирования. Это объясняется? следующими?причинами: Известно, что результат количественной; оценки рыб' по данным, траловой съемки, в значительной; степени зависит от точности данных о селективности и уловистости орудия?лова. Часто вариации этих параметров высоки и сильно отличаются для; разных видов рыб; При количественной оценке многовидовых скоплений^ как правило, точных данных о коэффициенте уловистости и селективности орудий лова для всех облавливаемых видов недостаточно. Кроме этого результаты тралений в большой степени зависят от опыта и умения судоводителя и команды и при невысокой квалификации экипажа результаты количественной оценки будут занижены. При траловых съемках невозможно исследовать всю толщу воды, а результаты вычислений основываются лишь на данных, полученных в слое облова. Еще одним недостатком данного метода является то, что данные имеют прерывистый характер, поскольку расстояния между траловыми станциями значительно больше, нежели дистанции тралений. При высокой неоднородности распределения рыбных скоплений степень пространственной неопределенности может быть очень болынош

Поэтому были предприняты шаги: по использованию других методов количественной оценки, основанных на иных принципах измерений. В период бурного развития лазерных технологий в начале 70-х годов прошлого века был предложен- и испытан: оптический? метод, основанный на принципах непрерывного лазерного зондирования морской воды с воздуха (Кудрявцев; 1978); Данный метод обладал существенным^ преимуществом: Установленный на борту самолета, лазер позволял просканироваты большие: водные акватории за короткий промежуток, времени* тем самым; существенно* снизив стоимость исследований. Существенным недостатком; данного метода: является; то; что величина отраженной мощности света; принимаемой-фотоприемником на борту самолета в значительной степени зависит от состояния морской поверхности и даже при легком волнении моря существенно уменьшаются глубина зондирования из-за поверхностного рассеяния света. Глубины зондирования, невелики и в существенной степени зависят от плотности рыбных косяков. Вероятность распознавания- отдельных рыб? крайне' невелика: Кроме этого присутствие на поверхности и в поверхностных слоях воды скоплений фито- и зоопланктона существенно уменьшает вероятность регистрации рыбных косяков. На данный момент вопросы размерной и видовош идентификации регистрируемых рыбных скоплений; не могут быть разрешены через принимаемые данные, но работы в этом направлении некоторыми исследователями продолжаются.

Гидроакустический метод (ГАМ) количественной оценки не столь быстр, как оптический, но в значительной мере лишен недостатков и ограничений, характерных для лазерного зондирования. Кроме того, по сравнению и с другим методом - биологическим, ГАМ также имеет существенные преимущества. Этот метод бесконтактный и поэтому не приводит к смерти исследуемых объектов. Кроме этого при гидроакустических наблюдениях исследуется вся толща воды, а не только слой облова. Но для количественной оценки гидробионтов только гидроакустических наблюдений недостаточно, так как этот метод не всегда позволяет с высокой точностью распознавать гидробионтов по видам и размерным группам, и поэтому все же необходимы контрольные траления. Именно по- данным биологических анализов контрольных обловов производится* пересчет энергетических характеристик отраженных сигналов в значения поверхностной плотности. Следует отметить, что по сравнению с чисто траловыми съемками при выполнении» гидроакустических съемок количество тралений значительно меньше, а объем получаемой информации значительно больше.

Появление ГАМ оценки морских биомасс был бы невозможен без развития рыбопоисковой техники, основанной на- принципах гидроакустической локации. Этот метод стал сегодня одним из стандартных методов оценки запасов, наряду с траловыми и личиночными съёмками. Он регулярно применяется для оценки состояния* запасов важнейших объектов мирового рыболовства. С этой- целью в, мире ежегодно» выполняются сотни гидроакустических съемок (далее ГАС), число их объектов непрерывно увеличивается. Во многих районах выполняются совместные регулярные международные съёмки для контроля состояния объектов международного промысла, в- том числе по инициативе международных организаций. Библиография ГАМ насчитывает тысячи публикаций сотен авторов. Проводятся международные симпозиумы по применению гидроакустики в рыбохозяйственных науках. При ИКЕС постоянно работает рабочая группа

FAST Working Group) по методическим вопросам развития и применения ГАМ.

Развитие ГАМ, начавшееся в конце 60-х годов, явилось результатом интенсивных экспериментальных исследований, разработки и внедрения новых акустических приборов и методов сбора и обработки гидроакустических данных, отработки, методики проведения ГАС. В создании и внедрении в практику рыбохозяйственных исследований ГАМ велик вклад многих отечественных и зарубежных ученых и инженеров, и в том числе : Артемова А.Г., Бердичевского З.М., Бондаренко В.М., Воробьева В.М., Ганькова A.A., Гаврилова Е.М., Гончарова С.М., Ермольчева В.А., Калихмана И.Л., Касаткиной С.М., Кудрявцева В .И., Мамылова BIG., Мясникова В:С., Огира A.C., Платонова В.Э., Прокопец С.А., Теслера В.Д., Трусканова М.Д., Щербино М.Н., Юданова K.H.,A.Aglen, R.Brede, R.E.Craig, J.T.Ehrenberg, K.G.Foote, R.T.Forbes, K. A.Johanesson,, R.H.Love, J.B. Lozow, R.B.Mitson- 0:Nakken,. K.Olsen,E.Ona, T.J.Simmonds, J.B.Suomala, и многих других.

Вместе с тем, развитие и совершенствование метода, и технических средств'для ¡ его реализации интенсивно продолжается, что вызвано в основном актуальными проблемами его применений. Его точность растет прежде всего за счет улучшения аппаратных средств; а именно научных эхолотов и компьютерных систем обработки гидроакустических сигналов: В процессе съемки собирают данные о плотности рыбных концентраций, их видовом и размерном составе, поведении объектов исследований: Запись эхосигналов сопровождается^ проведением контрольных тралений. и< биологическим анализом уловов с целью определения видового, размерно-весового состава. Необходимо записывать эхосигналы и в процессе контрольных тралений для сопоставления акустических данных с результатами биологических анализов. Накопление таких данных помогает в решении задач идентификации рыбных записей и определении или корректировке уравнений для определений силы целей (далее TS) разных видов. Часто в процессе выполнения ГАС проводятся попутные наблюдения; связанные с изучением поведения объектов съемки, их реакции на шумы судна. Для этого используются гидролокаторы с электронным сканированием, позволяющие на достаточно большом расстоянии отслеживать движение рыбных косяков, автоматически определять их размеры, скорость движения и глубину и по изменению этих параметров судить о реакции рыб на шумы судна (Goncharov et al., 1989; Гончаров и Кудрявцев, 1989; Гончаров и др., 1991).

В связи с интенсивным развитием компьютерных технологий появилась возможность обработки гидроакустических сигналов с целью определения типа донного грунта на основе анализа огибающей отраженного сигнала от дна. Первые работы по выявлению значимых признаков донных сигналов для различных типов грунтов появились, в 80-е годы (Orlowski, 1984) и в дальнейшем эти работы продолжались, а степень надежности распознавания грунта увеличивалась (Stepnowski et al., 1996; Tesler et al., 1998; Гончаров и Теслер, 1999;). На базе обычных промысловых и научных эхолотов была созданы системы по отображению типа грунта вдоль траектории движения судна (VBT-Bottom Classifier; Burczynski, BioSonics; Tuck et al., 1995); Учитывая* высокуюr степень корреляции распределения-донных промысловых объектов с параметрами донного грунта, следует отметить высокую актуальность таких разработок.

Помимо ГАМ количественной оценки в 90-е годы заведующим лаборатории ВНИРО Юдановым К.И. был разработан метод оценки промысловой обстановки в зоне работы добывающего- флота (Юданов и др., 1988) и использованный на промысле В' отличие от метода количественной оценки, где все- работы проводятся, одним судном по заранее проложенной сетке галсов, здесь используется информация по уловам добывающих судов, а также параметры орудий лова. Исследовательское судно выполняет лишь контрольный разрез через промысловый район. Результаты работы по данной методики представлены в работах сотрудников лаборатории (Гончаров и Бондаренко, 1990; Бондаренко и др., 1988).

С каждым годом расширяется диапазон использования ГАМ, основанного на эхоинтегрировании гидроакустических сигналов. Все шире ГАМ внедряется в вычислительные системы по сбору, хранению, обработке, анализу и представлению комплексной промысловой информации, предназначенные облегчить работу судоводителя по поиску рыбы и повышению эффективности лова (Tesler and Goncharov, 1995; Tesler et al., 1996; Гончаров и др., 1999). Во многих странах для контроля за ведением промысловых работ в экономических зонах все чаще используются методы дистанционного зондирования, использующие спутниковые каналы связи. Разработки по созданию такой системы были начаты и в России несколько лет назад, которые привели к созданию отраслевой системы мониторинг, основанной на передаче информации с каждого промыслового судна, работающего в территориальных водах России. Внедрение программной системы обработки гидроакустических данных, получаемых с промысловых эхолотов, откроет новые возможности для мониторинга рыбных промыслов. Повысится надежность контроля за положением судна в районе работ, так как наряду с координатами местоположения, судна пересылается информации, и о глубине. Кроме этого результаты эхоинтегрирования рыбных скоплений, получаемые с каждого промыслового судна позволят в режиме реального времени строить карты распределения рыбных запасов в масштабе всего района работ. Анализ регулярно получаемых карт позволит непрерывно следить за динамикой ресурсной базы в конкретных промысловых районах (Бондаренко и Гончаров, 2004 а,б).

Для построения карт распределения морских биомасс используются детерминистические методы интерполяции, основанные на жесткой модели поведения данных, т.е. формальной зависимости, построенной на априорной информации, и геостатистический. В отличие от детерминистических методов, геостатистические оценки опираются на информацию о внутренней структуре данных, зависят от самих данных и учитывают пространственные корреляционные взаимосвязи между ними. Построение карт распределений морских биомасс основывается на расчетах значений поверхностной плотности в узлах регулярной сетки, ограниченной пределами района ГАС. Для этого могут быть использованы оба подхода, но в последнее время использование геостатистического метода интерполяции находит все большее применение (Rivoirard et al., 2000). Данный метод внедряется и в современные специализированные геоинформационные системы (Бизиков, Гончаров, 2006 и 2007; Surfer, 2002; ArcGIS, 2001).

В настоящее время можно считать отработанной и стандартной методику и технику оценки плотности концентраций подводных объектов путем интегрирования эхосигналов от плотных скоплений. Для разреженных скоплений столь же стандартны эхо-счет и измерения TS рыб in situ. Последняя задача относится к одной из наиболее актуальных как в рыбохозяйственной науке, так и на промысле, т.к. появляется возможность измерения размерного состава рыб без их облова. Это позволяет повысить точность оценки запаса путем использования распределения рыб по размерным группам, а для промысловых целей - уменьшить, облов молоди и сократить потери промыслового времени.

Точность оценки биомассы в значительной степени зависит от точности используемых при расчетах зависимостей TS одиночного объекта от его длины. На протяжении всего периода развития ГАМ этому вопросу уделялось особое внимание. Проводились измерения TS разных видов рыб in situ и в садках. Суть метода in situ заключается в том, что при выполнении контрольных тралений производится запись отраженных сигналов от рыб и затем, рассчитываются гистограмма распределения TS в слое траления. По завершению биологического анализа улова и определения размерной гистограммы, полученные гистограммы сопоставляются. Как правило, для сопоставления используются модальные значения распределений: один трал - одна пара значений TS и длины. По мере накопления таких данных проводится корреляционный анализ и вычисляется зависимость TS от длины. Чем больше статистический объем данных, тем выше точность зависимости. Но данные можно считать репрезентативными только в случае регистрации облавливаемых рыб, как одиночные цели и при условии, что подавляющее большинство пойманных рыб представлены одним видом. При каждом тралении акустические измерения должны быть выполнены точно в облавливаемом слое и в ночное время, так как ночью плотность скоплений значительно ниже и количество регистраций эхолотом одиночных рыб резко увеличивается. Понятно, что вопрос уловистости и селективности трала в этом методе имеет огромное значение. Метод измерения TS рыб в садке более точный, но и здесь возникают определенные сложности, связанные в первую очередь с обеспечением живой рыбы для измерений: предварительно рыбу необходимо отловить, а затем доставить к месту измерений, а далеко не все виды обладают достаточной живучестью и могут погибнуть до начала измерений.

К настоящему времени накоплена большая база знаний по силе цели для. разных видов как пресноводных (Borisenko et al., 1989; Warner et al., 2002, Rudstam et al., 2003), так и морских рыб (Мамылов, 1988; Foote, 1987, 1997; Foote and Treynor, 1988). Кроме этого существуют обобщенные уравнения TS для целого ряда рыб (Love, 1971; Foote, 1997), которые могут быть использованы, если на момент проведения расчетов биомассы данного вида рыбы литературные данные по TS отсутствуют. Но измерения TS некоторых видов рыб часто дают существенные отличия от расчетных значений по таким обобщенным уравнениям. Кроме этого обобщенные уравнения, как правило, удовлетворительно работают только на ограниченном размерном интервале.

Если вопросы TS взрослых рыб изучены достаточно хорошо и широко представлены в научной литературе, то для личинок рыб и зоопланктона таких данных значительно меньше и вопросы количественной оценки с помощью ГАМ для таких объектов требуют дальнейших исследований. Знания' о TS личинок рыб позволят рассчитывать их биомассу, как это делается и для взрослых рыб. Знания о личиночной биомассе и ее распределении существенно повышают точность прогнозирования промыслового изъятия в районах промысла. На основании данных о смертности на личиночной и мальковой стадиях развития рыб можно предсказать урожайность годового поколения и последующих. Как правило точность прогноза уменьшается с ростом прогнозируемого периода. Зная личиночную биомассу долгоживущих рыб, достаточно трудно предсказать их численность при достижении промыслового размера, поскольку прогнозируемый период составит несколько лет. Для короткоцикловых видов рыб, таких как анчоус, хамса, сайра, сардина, мойва период достижения промыслового размера от момента их выклевывания составляет 1 - 2 года. Поэтому точность прогноза может быть достаточно высока. Для определения личиночной биомассы проводят ихтиопланктонные съемки. Такие исследования проводятся по заранее спланированной сетке станций. На,каждой станции проводят обловы с помощью-специальных орудий лова. К сожалению в результате таких измерений отсутствует информация о распределении личиночной, биомассы между станциями. Если переходы от станции к станции сопровождать непрерывными гидроакустическими наблюдениями с помощью научно-исследовательского эхолота можно получить более детальную картину распределения рыбных личинок. Используя' некоторые методологические подходы гидроакустических съемок взрослых рыб, можно существенно дополнить картину пространственного распределения личинок и тем самым повысить-точность определения личиночной биомассы.

Целью настоящей работы является совершенствование гидроакустического метода количественной оценке биомассы молоди рыб и в особенности личиночной рыбной биомассы для повышения точности прогноза возможного промыслового изъятия и предохранения личинок и молоди рыб от возможной гибели в результате промысла в местах их концентраций:

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - проектирование и построение мезокосма для проведения детальных биологических измерений личинок рыб в процессе их роста а также гидроакустических измерений отражательных свойств личинок на разных стадиях развития;

- проведение экспериментальных работ в мезокосме по изучению особенностей отражения ультра звука личинками рыб в процессе их роста с момента выклевывания на примере личинок атлантической сельди Clupea harengus;

- расчет функциональных зависимостей силы цели личинок от их стандартной длины для различных ультразвуковых частот;

- сравнение экспериментальных результатов с теоретическими данными, рассчитанными на сферической и цилиндрической моделях;

- разработка универсального подхода для оценки рыбной биомассы многовидовых скоплений и различных размеров рыб, включая и рыбную молодь;

- проведение гидроакустических съемок личинок анчоуса с целью определения личиночной биомассы- и ее пространственного распределения;

- анализ различных подходов количественной оценки личиночной биомассы для выбора наиболее достоверного метода вычислений; 1„;

- выбор и описание методологии гидроакустической количественной оценки личинок рыб на примере данных гидроакустических съемок личинок анчоуса.

Научная новизна работы. Впервые проведены детальные измерения отраженных ультразвуковых сигналов от личинок атлантической сельди Clupea harengus для разных частот облучения (120, 200 и 710 кГц) с момента выклевывания личинок в условиях максимально приближенным к естественным условиям их обитания. На основании проведенных исследований впервые было отмечено, что в процессе взросления наблюдается резкое изменение TS личинок, что связано с появлением газовой системы. Для частот 120 кГц и 200 кГц скачкообразное увеличение TS личинок составило 10-13 дБ. Для частоты 710 кГц наблюдалось резкое кратковременное уменьшение TS на 10 дБ и далее по мере роста личинок и развития газовой системы их TS постоянно увеличивалась. Было показано, что пренебрежение этим фактором при расчете личиночной биомассы может привести к значительному занижению численности и биомассы личинок. Впервые одновременно для трех частот излучения были получены усредненные значения ТБ на ранней стадии роста личинок, с момента их вылупления и до появления газовой системы и эмпирически зависимости ТБ личинок от стандартной длины с момента появления газовой системы и дальнейшим развитием плавательного пузыря. Используя полученные результаты измерений ТБ сельдевых личинок в мезокосме как модельные, на примере гидроакустических съемок личинок анчоуса реализована и описана методика обработки данных и расчетов личиночной биомассы и ее распределения. Данная методика отличается от методики количественной оценки рыб. В диссертации впервые представлен универсальный алгоритм оценки рыбной биомасс многовидовых и разноразмерных скоплений, который может быть использован и для оценки биомассы молоди рыб. Показано, что некоторые подходы количественной оценки» взрослых рыб ГАМ, особенно при выделении эхосигналов имеют универсальный характер и могут быть использованы также и при оценке личиночной биомассы.

Практическая значимость. Результаты измерений ТБ личинок в мезокосме и методика сбора и обработки данных личиночной гидроакустической съемки были использованы при проведении гидроакустических съемок личинок анчоуса (Еп^аиШ епсга81со1и$) в 2004, 2005 и 2006V годах в Сицилийском канале. Полученные данные о биомассе личинок существенно дополнили общую картину биотопа района исследований. Кроме этого с высокой' точностью были определены места наибольших концентраций' личинок, что позволит в дальнейшем уберечь их от гибели в результате запрета промысловых работ в этих подрайонах. Полученные зависимости ТБ личинок и особенности изменения их отражательных свойств в процессе роста существенно повысили точность оценки биомассы личинок. Результаты, представленные в диссертации, могут быть использованы российскими рыбохозяйственными институтами при выполнении гидроакустических съемок молоди и взрослых рыб и при выполнении комплексных съемок для получения более детальной и точной информации по оценке и пространственному распределению личиночной биомассы.

Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на: на 6-ом симпозиуме ИКЕС по промысловой гидроакустике (Монпелье, Франция) в 2002 г.; на 26-ой ежегодной конференции по личинкам рыб (Берген, Норвегия) в 2002; на 4-ой (Рим, Италия) и 5-ой (Лион, Франция) европейской конференции по подводной акустике в 1998 и 2000; на международной конференции по гидроакустическим измерениям (Крит, Греция) в 2005; на международном симпозиуме по промысловой акустике (Лаустофт, Англия) в 1989; на научном консультативном комитете при совместной рыбохозяйственной- комиссии по средиземному морю в Танжере (Марокко) в 2003 г. и в Малаге (Испания) в 2004г; на IV конгрессе консорциума научно-исследовательских морских институтов (Палермо, Италия) в 2004.

Публикации. По теме диссертации опубликовано и представлено 23 работы в том числе на международных симпозиумах и конференциях и в отечественных и иностранных научных изданиях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка цитируемой литературы, выводов. Текст изложен на 164 страницах с 7 таблицами и 45 рисунками. В списке литературы 134 названия.

Заключение диссертации по теме «Промышленное рыболовство», Гончаров, Сергей Михайлович

149 Выводы

1. Впервые проведены детальные измерения TS личинок атлантической сельди Clupea harengus на различных возрастных стадиях в мезокосме и для разных ультразвуковых частот. Полученные результаты могут быть использованы при расчетах личиночных биомасс пузырных пелагических видов рыб.

2. Для проведения работ по исследованию отражения ультразвука личинками рыб в процессе их роста разработанная и изготовленная система мезокосм является идеальной конструкцией, полностью моделирующей в ограниченном пространстве водную экосистему.

3. Установлено, что на раннем этапе роста личинок, с момента их вылупления и до появления газовой системы, для всех трех частот характер изменения TS личинок примерно одинаков: нет отчетливо выраженной динамики к его росту или уменьшению. Поэтому отражательные свойства личинок на этом этапе развития могут характеризоваться средними значениями силы цели: для 120 кГц TScp=-79,02 дБ; для 200 кГц TScp=- 82,59 дБ и для 710 кГц TScp=-80,4 дБ.

4. В процессе измерений для всех используемых частот (120, 200 и 710 кГц) установлено резкое изменение TS личинок, что связано с появлением, газовой системы. Для частот 120 кГц и 200 кГц скачкообразное увеличение TS личинок составило 10-13 дБ. Для частоты 710 кГц наблюдалось резкое кратковременное уменьшение TS на 10 дБ и далее по мере роста личинок и развития газовой системы их TS постоянно увеличивалась.

5. Получены уравнения TS личинок в зависимости от их стандартной длины SL с момента появления газовой системы и дальнейшего развития плавательного пузыря:

TS= 186*Log (SL,cm) - 150,9 TS= 20*Log (SL,cm) -75,12 TS= 20*Log (SL,cm) - 77,11 для 710 кГц для 120 кГц для 200 кГц

6. Для обобщенного описания отражательных свойств личинок рыб проведен сравнительный анализ экспериментальных данных, полученных в мезокосме с расчетными результатами на моделях: флюидные цилиндр и сфера. Наилучший результат был получен для самой высокой из частот 710 кГц с параметрами вещества цилиндрической модели аналогичными параметрам ткани личинок. Для универсального описания отражения ультразвука личинками на более низких частотах необходимо использовать более сложные модели.

7. Проведенный анализ различных подходов для оценки личиночной биомасссы показал, что наиболее достоверные результаты могут быть получены при использовании данных о TS личинок в отличие от корреляционного метода, основанного на расчетах эмпирических зависимостей между результатами контрольных обловов и эхоинтегрирования в слое облова.

8. Учитывая скачкообразный характер изменения TS личинок в процессе развития, необходимо в расчетах личиночной биомассы использовать как значения TScp, характерные как для ранней стадии* личиночного-развития, так и уравнения TS на стадии появления газовой системы и ее дальнейшего развития. Для этого необходимо1 определять количественные и весовые соотношения между личинками с газовой системой и без нее в каждом контрольном облове.

9. Впервые выполнены> гидроакустические съемки личинок анчоуса в Сицилийском канале и при расчете личиночной биомассы и ее пространственного распределения использованы данные о TS на разных стадиях роста. Полученные результаты доказывают возможность использования такой методики в ресурсных исследованиях.

10. Представленный в диссертации алгоритм селекции гидроакустических сигналов от рыбных скоплений и расчетов поверхностной плотности многовидовых скоплений может быть использован как для молоди, так и для взрослых рыб.

151

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гончаров, Сергей Михайлович, 2008 год

1. Андреева И.Б. Рассеяние звука в океанических звукорассеивающих сло-ях. Акустика океана. Под. ред. Л.М. Бреховских. Издательство «Наука», 1974г. стр. 504

2. Бизиков В.А., Гончаров С.М., Поляков A.B. Географическая информационная система «Картмастер». Рыбное хоз-во. 2007. № 1. Стр. 96-99.

3. Бондаренко В.М., Исаев H.A., Юданов К.И. Оценки промысловой обстановки в районе лова путассу. Рыбное хоз-во. 1988. № 10. Стр. 42-44.

4. Буслов A.B. Рост минтая и размерно-возрастная структура его популяции. КамчатНИРО, 2005. Стр. 160-161.

5. Гончаров С.М., Кудрявцев В.И. Результаты использования гидролокатора одновременного кругового обзора. Рыбное хозяйство, стр. 63-65. No.12, 1989. Москва.

6. Гончаров С.М., Борисенко Э.С., Пьянов А.И. Влияние рыболовного судна на поведение стай ставриды. Рыбное хозяйство, стр. 52-54. No.3, 1991. Москва.

7. Гончаров С.М., Бондаренко В.М. Оценка промысловой значимости скоплений быстроходных рыб. Рыбное хозяйство, стр. 68-70. No.7, 1990. Москва

8. Гончаров С.М., Теслер В.Д., Раскин A.C., Смирнова Н.С. Некоторые результаты и перспективы использования акустических методов для изучения биологических объектов Байкала. Вторая Верещагенская байкальская конференция. Иркутск, 1995.

9. Гончаров С.М., Теслер В.Д., Раскин A.C., Уколов К.В. Гидроакустическая подсистема информационно-советующего промыслового комплекса «БОРТ». Вопросы промысловой гидроакустики. ВНИРО, Москва, 1999. стр. 56-66.

10. Гончаров С.М., Теслер В.Д. Предварительные результаты экспериментального, определения характера грунта с помощью исследовательского эхолота. Вопросы промысловой гидроакустики. ВНИРО, Москва, 1999. стр. 101-106.

11. Гончаров С.М., Бондаренко М.В. Гидроакустическая оценка биомассы и распределения планктона. Электрона карлсберга в южной полярной фронтальной зоне. Сборник научных трудов. Том.1, стр.147-154. Москва, ВНИРО, 1990.

12. Гидроакустическая энциклопедия. Изд. Таганрогского государственного радиотехнического университета. 1999г. стр.172.

13. Демьянов В.В., Каневский М.Ф., Савельева Е.А., Чернов С.Ю. Варио-графия: исследования и моделирование пространственных корреляционных структур. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. ВИНИТИ, 1999.

14. Дехник Т.В. Сравнительная характеристика качественного состава, численности и вертикального распределения ихтиопланктона на шельфе и в глубоко-водных районах средиземного моря. Экология моря. Вып. 8. стр. 74-81. Киев. «Наукова Думка» 1982г.

15. Инструментальные методы оценки запасов промысловых объектов:

16. Сборник научных трудов. -Мурманск: ПИНРО-ВНИРО, 1988. 150 с.

17. Кабанов С. В. Использование пакета Statistica 5.0 для статистической бработки опытных данных: Методические указания. Сарат. гос. агр. ун-т. Саратов, 2000. 42с.

18. Кудрявцев В.И. Промысловая гидроакустика и рыболокация. Изд. «Пищевая промышленность», 1978. Стр. 294-309.

19. Мамылов B.C. Результаты оценки силы цели in situ на частоте 38 кГц для основных промысловых объектов Северной Атлантики. Инструментальные методы оценки запасов промысловых объектов. Сборник научных трудов. ПИНРО-ВНИРО. Мурманск, 1988. стр. 3-18.

20. Николаев A.B., Кузнецов М.Ю., Убарчук И.А. Инструментальные средства и информационные технологии акустического мониторинга рыбохо-зяйственных акваторий. Рыбное хозяйство. N4. 2000. стр. 37-39

21. Норвилло Г.В. Стандартные методики сбора и обработки ихтио-планктонных проб в полевых и камеральных условиях. В печати.

22. Ольшевский В.В. Статистические методы в гидролокации. Л.: Судостроение, 1983. 280 с.

23. Павлов Д.С., Касумян А.О. Стайное поведение рыб. Издательство Москов-ского университета. 2003. стр. 23, 27-40, 33, 34

24. Савельева Е.А., Демьянов В.В., Чернов С.Ю. Детерминистические методы пространственной интерполяции. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. Обзорная информация. №11. стр. 13-25 ВИНИТИ. 1999.

25. Теслер В.Д., Гончаров С.М. Вероятностные характеристики поля плотности по данным гидроакустических съемок. Вопросы промысловой гидроакустики. Сборник научных трудов, стр. 68-76. Москва, ВНИРО, 1989.

26. Юданов К.И., Калихман И.Л., Теслер В.Д. Руководство по проведению гидроакустических съемок. М: ВНИРО, 1984. - 49,124 с. 7 стр.

27. Юданов К.И., Калихман И.Л., Кочеков В.Н., Теслер В.Д., Котенев Б.Н. Комплексные съемки промысловой обстановки. М.: ВНИРО, 1988.-76 с.

28. Юданов К.И. Гидроакустическая разведка рыбы. С.- Петербург. «Судостроение» 1992. ISBN 5-7355-0434-7.

29. Юданов К.И. Перспективы использования промыслово-акустических съемок в рыбном хозяйстве. М.: ВНИРО, 2002. - 59 с.

30. Astraldi, G.P., Gasparini, L. Gervasio, E. Salusti. Dense water dynamics along the Strait of Sicily (Mediterranean sea). J.Phys.Oceanogr., 31, 3457-3475 (2001).

31. ArcGIS 8.1. Using ArcGIS Geostatistical Analyst. 2002. Copyright © 1995-2007 ESRI. www.esri.com

32. Berg L., Baaroy V., DanielsenD: S., van der Meeren T., Naas К. E., Senstad K. and 0iestad V. Production of juvenile flatfish species in different size mesocosms. Coun. Meet. Int. Coun. Explor. Sea, (F:65) 1985.

33. Blaxter J.H.S., Hunter J.R. The biology of the clupeoid fishes. Adv. Mar. Biol., 59, 86-129,111-119, 158-159 (1982).

34. Borisenko E.S., Gusar A.G., Goncharov. S.M. The target strength dependence of some freshwater species on their length-weiht characteristics. Preceedings of the Institute of Acoustics. Vol.11 Pt3 1989. p.27-34. Lowestoft, England.

35. Bodholt H., Modern echo sounder transducer. Simrad Symposium on Underwater Acoustic Instrumentation. Murmansk, June 1886.

36. Bridger J.P. On efficiency tests made with a modified Gulf III high-speed tow net. Journal du Conseil. Conseil International pour l'Exploration de la Mer 23, 357-365. 1958.

37. Brierley, A., Ward P., Watkins, J., and Goss, C. Acoustic discrimination of Southern Ocean zooplankton. Deep-Sea Research /745:1155-73. 1998.

38. Brierley, A. and Watkins, J. Acoustic targets, at South Georgia and the South Orkney Islands during a season of krill scarcity. Marine Ecology Progress Series 138:51-61. 1996.

39. Burczynski, J., Lamboeuf M., Ben Cherifi S. Results of calibration on live sardine and trumpet fish in an FAO/Norway project in Casablanca. Paper No. 90 ICES/FAO Symposium on Fisheries Acoustics. Bergen, Norway 21-22 June 1982.

40. Carlson T.J', and* Jackson D.R. Empirical evaluation of the feasibility of split beam methods for direct in situ target strength measurement of single fish. Seattle Applied Physics Laboratory. University of Washington (APL-WW 806). 1980.

41. Chu D., Wiebe P.H., Copley N.J., Lawson G.L., and Puvanendran V., Material properties of North Atlantic cod eggs and early-stage larvae and their influence on acoustic scattering, ICES J. Mar. Sci, 60, pp. 508-515, 2003.

42. Clark I., Practical Geostatistics. Elsevier Applied Science Publishers, London and N.-Y., 1984.

43. Craig R.E., Forbes S.T., Design of a sonar for fish counting. FiskDir. Skr. Havunders., 1969,15:210-9

44. Cressie, N.A. Statistics for spatial data. John Wiley & Sons, New-York, 1991,900 pp.

45. Cushing D. H. and Mitson R. B. Acoustic Sampling of fish larvae and their food. Fish Ecology III, University of Miami, Technical Report No. 82008, 1982.

46. Dalen J., Kristensen K. Comparative Studies of Theoretical and Empirical Target Strength Models of Euphausiids (Krill) in Relation to Field Experimental Data. International Symposium of Fisheries Acoustics. June 22- 26, 1987 Seattle, USA.

47. Doyle M.J. Morphological staging system for the larval development of the herring, Clupea harengus L. J. mar. Biol, Ass. UK, vol. 57, 859-867, 1977

48. Ehrenberg J.E. Estimation of the intensity of a filtered Poisson process and its application to acoustic assessment of marine organisms. Univ. Wash. Sea Grant Publ. WSG 73-2, 135 pp. 1973.

49. Ehrenberg J.E. 1974. Two applications for a dual-beam transducer in hydro-acoustic fish assessment system. Conference 21-23 August 1974. Halifax, Nova Scotia, Canada. Proc. Conf. Engineering in the Ocean Environment, 152-5. IEEE, New York.

50. Ehrenberg J.E. A comparative analysis of in-situ methods for directly measuring the acoustic target strength of individual fish. IEEE J. Oceanics Engineering. Vol. OE-4, 141-52. 1979.

51. Ehrenberg J.E. A review of in-situ target strength estimation techniques. FAO Fish. Rep., 300, 85-90. 1983.

52. Everson, I., Goss, C., and Murray, W. Comparison of krill (Euphausia superba) density estimates using 38 and 120 kHz echosounders. Marine Biology 116:269-75. 1993.

53. Foote K.G. Energy in acoustic echoes from fish aggregations. Fish. Res., 1, 129-40. 1981.

54. Foote K.G., H.P. Knudsen, G.Vesines, D.N. MacLennan and E.J. Sim-monds Calibration of acoustic instruments for fish dansity estimation: A pratical guide, ICES Coop. Res. Rep. No. 144, 1987.

55. Foote K. G. and Traynor J .J. Comparison of walleye pollock target strength estimates determined from in situ measurement and calculations based on swim bladder form. J. Acoust. Soc. Am. 83 (1). January 1988. pp.- 9-17.

56. Foote K. G. Target strength- of fish. Encyclopedia of Acoustics, edited by Malcolm J.' Crocker ISBN 0-471-80465-7. 1997 John Wiley & Sons, Inc. Pp: 494".

57. Garcia Lafuente J., Garcia A., Mazzola S., Quintanilla L., Delgado A., Cuttitta A., Patti B. Hydrographic phenomena influencing early life stages of the Sicilian Channel anchovy. Fish.Oceanogr., 11, 31-44 (2002).

58. Goncharov S.M., Borisenko E.S., Pyanov A.I. Jack mackerel school defence reaction to surveying vessel; Proceedings of the Institute of Acoustics. Vol.11 Pt3 1989. p.74-78. Lowesstoft, England (in Engl).

59. Gontcharov S., Calise L., Knutsen T., Van der Meeren T., Angotzi A.R., Bonanno A., Patti B., Mazzola., Buscaino G. Target Strength and swimming behaviour of herring larvae studied by the Split Beam Tracking Method. 6th ICES

60. SYMPOSIUM "Acoustics in fisheries and aquatic ecology", 10-14 June 2002-Montpellier, France.

61. Goovaerts P . Geostatistics for Natural Resources Evaluation. Oxford University Press, New-York, 1997, 483 pp.

62. Gorska N. and Ona E. Modelling the acoustic effect of swimbladder compression in herring. Vol. 60, no. 3 pp. 548 -554. June 2003.

63. Greenlaw C.F. Backscattering spectra of preserved zooplankton. J. Acoust. Soc. Am. 62 (1) July 1977: pp. 44-52.

64. Higginbottom I.R., Pauly T.J., Heatley D.C. Virtual echograms for visua-lizetion and postprocessing of multiple-frequency echosounder data. Proceedings of the Fifth European Conference on Underwater Acoustics, ECUA 2000. Lyon, France, 2000.

65. Higginbottom I.R., Pauly T.J:, Heatley D.C. Visualisation and analysis ofthmultibeam and multiple-frequency sonar data using Echoview software., 6 ICES SYMPOSIUM "Acoustics in fisheries and aquatic ecology", 10-14 June 2002-Montpellier, France.

66. Johannesson K.A., MitsonR.B. Fisheries acoustics. A practical manual for, aquatic biomass estimation. FAO fisheries technical paper 240. Rome, 1983, 249p.

67. Johnson G.E., Griffiths W.B. Hidroacoustic survey of zooplankton biomass and distribution in the Beaufort Sea in 1985 and 1985. The International symposium on fisheries acoustics. June 1987. Seatle, WA 98105 USA. pp. 1-35.

68. Kanevski Mikhail and Maignan Michel, Analysis and Modelling of Spatial Environmental Data, EPFL Press, Lausanne, Switzerland. 2004. ISBN 0-8247-5981-8 288pp

69. Knutsen T. and Foote K. G. Experiences in making acoustic measurements in mesocoms with Calanus finmarchicus. ICES. CM./FF : 11,19 pp., 1997.

70. Lemursiaux P.FJ. Estimation and study of mesoscale variability in the Strait of Sicily. Dynam.Atmos. Oceans, 29, 255-303 (1999).

71. Lemursiaux P.F.J., Robinson A.R. Features of dominant mesoscale variability, circulation patterns and dynamics in the Strait of Sicily. Deep-SeaRes., 148, 1953-1997 (2001).

72. Love R. Dorsal-aspect target strength of an individual fish. J.Acoust.Soc. Am, 49(3):816-23. 1971.

73. MacLennan David N: and Simmonds E. John. Fisheries Acoustics. Published by Chapman & Hall, 2-6 Boundary Row, London, 1991, pp. 201-280.

74. MacLennan D.N, Fernandes P.G, Dalen J. A consistent approach to definitions and symbols in fisheries acoustics. ICES Journal of Marine Science, 59: 365-369. 2002.

75. Matheron G, Principles of Geostatistics. Economic Geology, 1963, V.58, pp. 1246-1266.

76. Mazzola S, Garcia A, Garcia Lafuente J. Distribution, Biology and Biomass Estimates of the Sicilian Channel Anchovy, DG XIV, MED96-052, Final Report (2000).

77. Midttun L. and Nakken O. Some results of abundance estimation studies with echo integrators. Rapp. P.-v. Reun. Cons. Perm. Int. Explor. Mer. 170. 253-8. 1977.

78. Mitson R.B., Simard Y., Goss C. Use of two-frequency algorithm to determine size and abundance of plankton in three widely spaced locations. ICES Jornal of Marine Science, V.53 N 2, 1996, pp. 209-215.

79. Miyashita, K., Aoki, I., Seno, K., Taki, K., and Ogishima, T. Acoustic identification of isada krill, Euphausia pacifica Hansen, off the Sanriku coast, northeastern Japan. Fisheries Oceanography 6:266-71. 1997.

80. Okabe A., Boot B:, Sugihara. K. Spatial Tessellation: Concepts and Applications of Yoronoi, Diagrams. J. Wiley &,Sons, 1992, New York, ISBN 0 471 93430 5, 532p.

81. Olivar M. Pilar, Salat Jordi, Palomera Isabel. Comparative study of spatial distribution patterns of the early stages of anchovy and pilchard in the NW Mediterranean Sea. Mar Ecol Prog Ser 217: 111-120, 2001.

82. Ona E. 1994: Detailed' in situ target strength measurements of 0-group cod. ICES. CM. 1994/B :30, 10 pp.• th

83. Ona E. An expanded target-strength relationship' for herring. 6 ICES SYMPOSIUM "Acoustics in fisheries and aquatic ecology", 10-14 June 2002-Montpellier, France.

84. Ona E. An expanded target-strength relationship for herring. Vol. 60, no. 3 pp. 493 499. June 2003.

85. Orlowski A. 1984. Application of multiple echoes energy measurements for evaluation of sea bottom type // Oceanologia. N 19.-p. 61-78

86. Palomera I. Vertical distribution of eggs and larvae of Engraulis encra-sicolus in stratified waters of the western Mediterranean. Marine Biology 111, 37-44, 1991.

87. Paramo J., Roa R. Acoustic-geostatistical assessment and habitat abundance relations of small pelagic fish from the Colombian Carribean. Fisheries Research 60 (2003) pp. 309-319.

88. Pieper, R. E. and Holliday D. V. Acoustic measurements of zooplankton distributions in the sea. J. Cons. Int. Explor. Mer., vol. 41, 226-238,1984.

89. Rabben H. et al. Production experiments of Halybut fry in large enclosed water columns. Coun. Meet. Int. Coun. Explor. Sea, (F:19) 1986.

90. Richter K.E. Acoustic scattering at 1.2 MHz from individual zooplankters and copepods populations. Deep-Sea Research. Vol. 32, № 2, pp. 149-161. 1985;

91. Rivoirard J., Simmonds J., Foote K.G., Fernandes P. and Bez N. Geostatistics for Estimating Fish Abundance. Copiright 2000 Blackwell Science Ltd. Registered at the United Kingdom. ISBN 0-632-05444-1. pp. 200.

92. Robinson A.R., Golnaraghi W., Leslie G., Artegiani A., Hecht A., Lazzoni E., Michelato A., Sansone E., Teocharis A., Unluata U. The eastern Mediterranean general circulation: features, structure and variability. Dynam.Atmos.Oceans, 15, 215-240 (1991).

93. Sammari C., Millot C., Taupier-Letage I., Stefani A., Brahim M. Hydrological characteristics in the Tunisia- Sardinia-Sicily area during spring 1995. Deep-SeaRes., 146,1671-1703 (1999).

94. Schnack D. and Hempel G. Notes on sampling herring larvae by Gulf III sampler. Rapports et Processs-Verbaux des Reunions. Conseil International pour l'Exploration de la Mer 160, 56-59. 1971.

95. Seliverstov A.S. Vertical migrations of larvae of Atlanto-Scandian herring. In "The Early Life History of Fish" pp. 253-262. Springer-Verlag, Berlin. 1974.

96. Stanton T.K. Sound scattering by zooplankton. International, Simposium on Fisheries Acoustics. June 22-26, 1987. Seattle, Washington, USA.

97. Stanton T.K. Simple approximate formulas for backscattering of sound by spherical'and elongated objects. J.Acoust. Soc. Am. 86 (4), October 1989. pp. 14991510.

98. Stanton T.K. and Chu D., Review and recommendations for the modelling of acoustic scattering by fluid-like elongated zooplankton: euphausiids and copepods. ICES J. Mar. Sci., 57, 793-807, 2000.

99. Surfer (Win32) Version 8.00, 2002. Surface Mapping System. Golden Software, Inc.

100. Swartzman G., Brodeur R., Nâpp J., Hunt G., Demer D. and Hewitt R. Spatial Proximity of age-0 walleye pollock (Theragra chalcogramma) to zooplanktonnear the Pribilof Islands, Bering Sea, Alaska. ICES Journal of Marine Science, 56: 545 560. 1999 a.

101. Szczucka J., Acoustic Properties of Fish as Related to external Conditions. ACTAACUSTICA united with ACUSTICA, 88, pp. 735-738, 2002.

102. Tabois G.Q., Salas J.D. A Comparative Analysis for Spatial Interpolation of Precipitation. Water Resources Bulletin, V.21, No.3, 1985, pp.365-380.

103. Takiguchi N. Acoustic estimation of zooplankton density of acoustic scattering layer off the East Coast of Oshima Peninsula. Bulletin of the Faculty of Fisheries. Hokaido University. May 1988. pp. 115-123

104. Thomsen L., Flash E. Mesocosm observations of fluxes of particulate matter within the benthic boundary layer. Journal of Sea Research 37 (1997) pp. 6779.

105. Thorne R.E. Investigations into* the relation between integrated echo voltage and fish density. J. Fish. Res. Bd Can., 28, 1269-73. 1971.

106. Tesler W.D., Goncharov S.M., Shatokhin B.M., ReutovaN.V. The Integrated informative system for deciding supporting on fishing vessels. Second world fisheries congress. Australia, Brisbane. 1996.l64 ¿y/

107. Tuck Ian, Steve Hall, Dave Reid and Eric Armstrong. 1995. Identification of benthic disturbance by fishing gear using RoxAnn. // ICES International Symposium of Fisheries and Plankton Acoustic. Aberdeen, Scotland. June 1995.

108. VBT-Bottom Classifier. Software for bottom classification and sediment Analysis. BioSonics, Inc. Seattle. USA. www.biosonicsinc.com/vbt.shtml

109. Warner, D. M., L. G. Rudstam, and R. A. Klumb. 2002. In situ target strength of alewives in freshwater. Transactions of the American Fisheries Society 131:212-223.

110. Wiebe P., Greene C., Stanton T., Burczynski J. Sound scattering by live zooplankton and micronekton: Empirical studies with a dual-beam acoustical system. J. Acoust. Soc. Am. 88 (5), November 1990 pp. 2346-2360.