La acústica pesquera incluye una variedad de temas de investigación y aplicaciones prácticas que utilizan dispositivos acústicos como sensores en ambientes 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 breve pulso de sonido 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 proporcionan información sobre el tamaño, la ubicación y la abundancia de los peces . Los componentes básicos de la función del hardware de ecosonda científica son transmitir el sonido, recibir, filtrar y amplificar, registrar y analizar los ecos. Si bien hay muchos fabricantes de "sondadores de peces" disponibles comercialmente, el análisis cuantitativo requiere que las mediciones se realicen con equipos de ecosonda calibrados , que tengan una alta relación señal-ruido .
Una variedad extremadamente amplia de taxones de peces producen sonido. El buen comportamiento de producción 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, pueden realizarse a bajo costo y pueden cubrir una gran área de estudio con alta resolución espacial y temporal. [2]
Después de la Primera Guerra Mundial, cuando el sonar se utilizó por primera vez para la detección de submarinos, las ecosondas comenzaron a encontrar usos fuera del ejército. El explorador francés Rallier du Baty informó de ecos inesperados en el agua, que atribuyó a bancos de peces, en 1927. En 1929, el científico japonés Kimura informó de interrupciones en un haz acústico continuo de una dorada nadando en un estanque de acuicultura. [3]
A principios de la década de 1930, dos pescadores comerciales, Ronald Balls, un inglés, y Reinert Bokn, un noruego, 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 publicado. [4] En 1935, el científico noruego Oscar Sund informó sobre observaciones de bancos de bacalao desde el barco de investigación Johan Hjort, [5] marcando el primer uso de ecosondas para la investigación pesquera.
Las tecnologías de sonar se desarrollaron rápidamente durante la Segunda Guerra Mundial, y los pescadores comerciales y científicos adoptaron equipos excedentes militares poco después del fin de las hostilidades. Este período vio el primer desarrollo de instrumentos diseñados específicamente para detectar peces. Sin embargo, persistían 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 conocían bien. A partir de los años 1970 y 1980, una serie de investigaciones prácticas y teóricas comenzaron a superar estas limitaciones. En este período también aparecieron avances tecnológicos como ecosondas de haz dividido, procesamiento de señales digitales y pantallas electrónicas.
En la actualidad, los estudios acústicos se utilizan en la evaluación y ordenación 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 entre 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 sencillo estimar el número de peces contando el número de objetivos. Este tipo de análisis se llama recuento de ecos e históricamente fue el primero en utilizarse para la estimación de biomasa.
Si más de un objetivo se encuentra en el haz acústico a la misma profundidad, normalmente no es posible resolverlos por separado. Este suele ser el caso de los cardúmenes de peces o de las agregaciones de zooplancton. En estos casos, se utiliza la integración del 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 mantiene bien en la mayoría de los casos. [6] La energía acústica total retrodispersada por la escuela o agregación se integra 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 con los mismos principios que una sonda o ecosonda recreativa o comercial , pero está diseñado para ofrecer una mayor exactitud y precisión, lo que permite realizar estimaciones cuantitativas de biomasa. En una ecosonda, un transceptor genera un pulso corto que el transductor, una serie de elementos piezoeléctricos dispuestos para producir un haz de sonido enfocado, envía al agua. Para poder utilizarla para trabajos cuantitativos, la ecosonda debe estar calibrada en la misma configuración y entorno en el que se utilizará; Esto normalmente se hace examinando los ecos de una esfera metálica con propiedades acústicas conocidas.
Las primeras ecosondas solo transmitían un único haz de sonido. Debido al patrón del haz acústico , objetivos idénticos en diferentes ángulos de azimut devolverán diferentes niveles de eco. Si se conocen el patrón del haz y el ángulo con respecto al objetivo, se puede compensar esta directividad. La necesidad de determinar el ángulo con respecto a un objetivo llevó al desarrollo de la ecosonda de doble haz , que forma dos haces acústicos, uno dentro del otro. Comparando la diferencia de fase del mismo eco en los haces interior y exterior, se puede estimar el ángulo fuera del eje. En un perfeccionamiento adicional de este concepto, una ecosonda de haz dividido divide la cara del transductor en cuatro cuadrantes, lo que permite la ubicación de objetivos en tres dimensiones. Las ecosondas de haz dividido de frecuencia única son actualmente 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 se han utilizado ampliamente en estudios batimétricos, pero recientemente han comenzado a encontrar uso también en la acústica pesquera. Su principal ventaja es la adición de una segunda dimensión al estrecho perfil de la columna de agua que proporciona una ecosonda. De este modo se pueden combinar múltiples pings para dar una imagen tridimensional de la distribución de los animales.
Las cámaras acústicas [7] son instrumentos que captan instantáneamente un volumen tridimensional de agua. Por lo general, utilizan un sonido de frecuencia más alta que las ecosondas tradicionales. Esto aumenta su resolución para que los objetos individuales puedan verse en 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 y/o turbios, por ejemplo, monitorizando el paso de peces anádromos en presas.
La investigación acústica pesquera se lleva a cabo desde una variedad de plataformas. El más común es un buque de investigación tradicional, con las ecosondas montadas en el casco del barco o en una quilla abatible. Si el barco no tiene ecosondas instaladas permanentemente, se pueden instalar en un poste fijado al costado del barco, o en un cuerpo remolcado o "remolcador" tirado detrás o al costado del barco. Los cuerpos remolcados son particularmente útiles para estudios de peces que viven en las profundidades, como el reloj anaranjado , que normalmente vive por debajo del alcance de una ecosonda en la superficie.
Además de los buques de investigación, se pueden recopilar datos acústicos de una variedad de "buques de oportunidad", como buques pesqueros, transbordadores y buques de carga. Los barcos de oportunidad pueden ofrecer una recopilación de datos de bajo costo en grandes áreas, aunque la falta de un verdadero diseño de estudio puede dificultar el análisis de estos datos. En los últimos años, también se han instalado instrumentos acústicos en vehículos operados a distancia y en vehículos submarinos autónomos, así como en observatorios oceánicos.
La fuerza del objetivo (TS) es una medida de qué tan bien un pez, zooplancter u otro objetivo se dispersa hacia el transductor. En general, los animales más grandes tienen mayores puntos fuertes, 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 fuerza del objetivo es de importancia crítica en la acústica pesquera, ya que proporciona un vínculo entre la retrodispersión acústica y la biomasa animal. El 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.
Cuando se utilizan ecosondas científicas para estimar la biomasa, es necesaria su calibración, ya que la intensidad del objetivo proporciona una estimación de la biomasa animal, que a su vez puede utilizarse para la estimación de poblaciones y la regulación de la pesca. Esto normalmente se hace utilizando objetos de respuesta de frecuencia conocida, conocidos como esferas de calibración. Pueden estar hechos de cobre o carburo de tungsteno y tienen un tamaño específico según la retrodispersión y la respuesta de frecuencia deseadas. Están sujetos con un fino hilo de pescar de monofilamento, lo suficientemente fuerte como para sostener la esfera pero lo suficientemente delgado 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 observado en el área del transductor. Esto se repite para todos los transductores y formas de pulso según sea necesario. [8] [9]
Encuestas, evaluación de poblaciones, gestión Ecología Comportamiento