La acústica pesquera incluye una variedad de temas de investigación y aplicación práctica que utilizan dispositivos acústicos como sensores en entornos acuáticos . Las técnicas acústicas se pueden aplicar para detectar animales acuáticos , zooplancton y características físicas y biológicas del hábitat .
La estimación de biomasa es un método para detectar y cuantificar peces y otros organismos marinos mediante tecnología de sonar . [1] Un transductor acústico emite un pulso de sonido breve y enfocado en el agua. Si el sonido encuentra objetos que tienen una densidad diferente a la del medio circundante, como peces, reflejan parte del sonido hacia la fuente. Estos ecos brindan información sobre el tamaño, la ubicación y la abundancia de los peces . Los componentes básicos de la función del hardware de la ecosonda científica son transmitir el sonido, recibir, filtrar y amplificar, registrar y analizar los ecos. Si bien existen muchos fabricantes de "buscadores de peces" disponibles comercialmente, el análisis cuantitativo requiere que las mediciones se realicen con equipos de ecosonda calibrados , que tengan relaciones señal-ruido altas .
Una gran variedad de taxones de peces producen sonido. El comportamiento de producción de sonido brinda la oportunidad de estudiar diversos aspectos de la biología de los peces, como el comportamiento de desove y la selección del hábitat, de una manera no invasiva. Los métodos acústicos pasivos pueden ser una alternativa atractiva o un complemento a las técnicas tradicionales de evaluación de pesquerías porque no son invasivos, se pueden realizar a bajo costo y pueden cubrir una gran área de estudio con una alta resolución espacial y temporal. [2]
Después de la Primera Guerra Mundial, cuando se utilizó por primera vez el sonar para la detección de submarinos, las ecosondas comenzaron a encontrar usos fuera del ámbito militar. El explorador francés Rallier du Baty informó en 1927 de la existencia de ecos inesperados en aguas intermedias, que atribuyó a bancos de peces. En 1929, el científico japonés Kimura informó de interrupciones en un haz acústico continuo provocado por besugos que nadaban en un estanque de acuicultura. [3]
A principios de la década de 1930, dos pescadores comerciales, el inglés Ronald Balls y el noruego Reinert Bokn, comenzaron a experimentar de forma independiente con ecosondas como medio para localizar peces. Los rastros acústicos de bancos de espadín registrados por Bokn en Frafjord, Noruega, fueron el primer ecograma de peces que se publicó. [4] En 1935, el científico noruego Oscar Sund informó sobre las observaciones de bancos de bacalao desde el buque de investigación Johan Hjort, [5] lo que marcó el primer uso de la ecosonda para la investigación pesquera.
Durante la Segunda Guerra Mundial, las tecnologías de sonar se desarrollaron rápidamente y los pescadores comerciales y los científicos adoptaron equipos militares excedentes poco después del fin de las hostilidades. En este período se desarrollaron por primera vez instrumentos diseñados específicamente para detectar peces. Sin embargo, persistieron grandes incertidumbres en la interpretación de los estudios acústicos: la calibración de los instrumentos era irregular e imprecisa y las propiedades de dispersión del sonido de los peces y otros organismos no se entendían bien. A partir de los años 70 y 80, se inició una serie de investigaciones prácticas y teóricas para superar estas limitaciones. En este período también aparecieron avances tecnológicos como las ecosondas de haz dividido, el procesamiento digital de señales y las pantallas electrónicas.
En la actualidad, los estudios acústicos se utilizan en la evaluación y gestión de muchas pesquerías en todo el mundo. Las ecosondas calibradas de haz dividido son el equipo estándar. A menudo se utilizan varias frecuencias acústicas simultáneamente, lo que permite cierta discriminación de diferentes tipos de animales. El desarrollo tecnológico continúa, incluida la investigación sobre sonares multihaz, de banda ancha y paramétricos.
Cuando los objetivos individuales están lo suficientemente separados como para poder distinguirlos entre sí, es fácil estimar la cantidad de peces contando el número de objetivos. Este tipo de análisis se denomina conteo por eco y, históricamente, fue el primero en utilizarse para la estimación de biomasa.
Si hay más de un objetivo ubicado en el haz acústico a la misma profundidad, normalmente no es posible resolverlos por separado. Este suele ser el caso de los bancos de peces o las agregaciones de zooplancton. En estos casos, se utiliza la integración de eco para estimar la biomasa. La integración de eco supone que la energía acústica total dispersada por un grupo de objetivos es la suma de la energía dispersada por cada objetivo individual. Esta suposición se cumple bien en la mayoría de los casos. [6] La energía acústica total retrodispersada por el banco o la agregación se integra en conjunto, y este total se divide por el coeficiente de retrodispersión (previamente determinado) de un solo animal, lo que da una estimación del número total.
La herramienta principal en acústica pesquera es la ecosonda científica. Este instrumento funciona según los mismos principios que una sonda o ecosonda comercial o recreativa , pero está diseñada para lograr una mayor precisión y exactitud, lo que permite realizar estimaciones cuantitativas de biomasa. En una ecosonda, un transceptor genera un pulso corto que se envía al agua mediante el transductor, un conjunto de elementos piezoeléctricos dispuestos para producir un haz de sonido enfocado. Para poder utilizarla en trabajos cuantitativos, la ecosonda debe calibrarse en la misma configuración y el mismo entorno en el que se utilizará; esto se hace normalmente examinando los ecos de una esfera de metal con propiedades acústicas conocidas.
Las primeras ecosondas transmitían un único haz de sonido. Debido al patrón de haz acústico , objetivos idénticos en diferentes ángulos de acimut devolverán diferentes niveles de eco. Si se conocen el patrón de haz y el ángulo con el objetivo, se puede compensar esta directividad. La necesidad de determinar el ángulo con un objetivo condujo al desarrollo de la ecosonda de doble haz , que forma dos haces acústicos, uno dentro del otro. Al comparar la diferencia de fase del mismo eco en los haces interno y externo, se puede estimar el ángulo fuera del eje. En un refinamiento adicional de este concepto, una ecosonda de haz dividido divide la cara del transductor en cuatro cuadrantes, lo que permite la ubicación de los objetivos en tres dimensiones. Las ecosondas de haz dividido de frecuencia única son ahora el instrumento estándar de la acústica pesquera.
Los sonares multihaz proyectan un conjunto de haces de sonido en forma de abanico hacia el agua y registran ecos en cada haz. Estos sonares se han utilizado ampliamente en estudios batimétricos, pero recientemente también han comenzado a utilizarse en la acústica de la pesca. Su principal ventaja es la adición de una segunda dimensión al estrecho perfil de la columna de agua proporcionado por una ecosonda. De este modo, se pueden combinar múltiples pulsos para dar una imagen tridimensional de la distribución de los animales.
Las cámaras acústicas [7] son instrumentos que captan imágenes de un volumen tridimensional de agua de forma instantánea. Normalmente, utilizan sonidos de mayor frecuencia que las ecosondas tradicionales. Esto aumenta su resolución, de modo que se pueden ver objetos individuales con detalle, pero significa que su alcance está limitado a decenas de metros. Pueden ser muy útiles para estudiar el comportamiento de los peces en cuerpos de agua cerrados o turbios, por ejemplo, para monitorear el paso de peces anádromos en represas.
La investigación acústica pesquera se lleva a cabo desde una variedad de plataformas. La más común es un buque de investigación tradicional, con ecosondas montadas en el casco del barco o en una quilla abatible. Si el buque no tiene ecosondas instaladas permanentemente, se pueden desplegar en un soporte de mástil fijado al costado del barco o en un cuerpo remolcado o "pez remolcado" arrastrado detrás o al costado del buque. Los cuerpos remolcados son particularmente útiles para estudios de peces que viven a gran profundidad, como el reloj anaranjado , que normalmente vive por debajo del alcance de una ecosonda en la superficie.
Además de los buques de investigación, los datos acústicos pueden recopilarse desde una variedad de "buques de oportunidad", como buques pesqueros, transbordadores y buques de carga. Los buques de oportunidad pueden ofrecer una recopilación de datos de bajo costo en áreas extensas, aunque la falta de un verdadero diseño de estudio puede dificultar el análisis de estos datos. En los últimos años, también se han desplegado instrumentos acústicos en vehículos operados a distancia y vehículos submarinos autónomos, así como en observatorios oceánicos.
La intensidad del objetivo (TS) es una medida de la eficacia con la que un pez, zooplancton u otro objetivo dispersa el sonido hacia el transductor. En general, los animales más grandes tienen una mayor intensidad del objetivo, aunque otros factores, como la presencia o ausencia de una vejiga natatoria llena de gas en los peces, pueden tener un efecto mucho mayor. La intensidad del objetivo es de importancia crítica en la acústica de la pesca, ya que proporciona un vínculo entre la retrodispersión acústica y la biomasa animal. La TS se puede derivar teóricamente para objetivos simples como esferas y cilindros, pero en la práctica, generalmente se mide empíricamente o se calcula con modelos numéricos.
En el uso de ecosondas científicas para la estimación de biomasa, es necesaria la calibración de la ecosonda, ya que la intensidad del objetivo proporciona una estimación de la biomasa animal, que a su vez puede utilizarse para la estimación de las poblaciones y la regulación de la pesca. Esto se hace normalmente utilizando objetos de respuesta de frecuencia conocida, conocidos como esferas de calibración. Pueden estar hechas de cobre o carburo de tungsteno, y son de un tamaño específico según la retrodispersión y la respuesta de frecuencia deseadas. Se sujetan con un hilo de pescar de monofilamento fino, lo suficientemente fuerte como para sostener la esfera pero lo suficientemente fino como para reducir la retrodispersión no deseada. Al mover la esfera dentro del haz acústico de un transductor determinado, el software de la ecosonda corregirá la intensidad del objetivo observada sobre el área del transductor. Esto se repite para todos los transductores y formas de pulso según sea necesario. [8] [9]
Encuestas, evaluación de stock, gestión Ecología Comportamiento