авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Совершенствование гидроакустического метода для количественной оценки личинок и молоди рыб

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гончаров Сергей Михайлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО

МЕТОДА ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ЛИЧИНОК И МОЛОДИ РЫБ

Специальность 05.18.17

«Промышленное рыболовство»

Автореферат диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Москва - 2007

Работа выполнена во ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ВНИРО)

Научный руководитель: доктор технических наук Кудрявцев Валерий Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук Левашов Дмитрий Евгеньевич
кандидат технических наук Ермольчев Вячеслав Александрович

Ведущая организация: ФГУП «Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (АтлантНИРО).

Защита диссертации состоится 5 февраля 2008 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 307.004.03 при Всероссийском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии по адресу: 107140, г. Москва, ул. Верхняя Красносельская, д. 17.

Факс: (499) 264-91-87; E-mail: fishing@vniro.ru ; vtat@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИРО.

Автореферат разослан 28 декабря 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Татарников В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучение личиночной и мальковой стадии развития рыб является одним из основных элементов в комплексе научно-исследова-тельских работ по определению состояния запасов морских рыбных ресурсов с целью качественного и обоснованного процесса промышленного рыболовства. Знания о личиночной биомассе и ее распределении существенно повышают точность прогнозирования промыслового изъятия в районах промысла особенно для короткоцикловых видов рыб. На основании данных о смертности на личиночной и мальковой стадиях развития рыб можно прогнозировать урожайность годового поколения.

Для оценки биомассы молоди рыб с помощью гидроакустического метода (ГАМ) вполне приемлемы многие методические подходы, используемые для взрослых рыб, при наличии соответствующих орудий лова, позволяющих облавливать рыбную молодь в процессе выполнения контрольных тралений. Но широко используемый ГАМ был разработан для оценки биомассы взрослых рыб. Для оценки личиночной биомассы следует использовать несколько иные подходы, связанные с особенностью отражательных свойств личинок в про-цессе их развития и орудий лова.

Важнейшим элементом при вычислении личиночной биомассы по данным гидроакустических измерений являются знания об акустической силе цели личинок (TS), а именно о зависимости между TS личинки и ее длиной. Но таких данных для личинок в литературе представлено крайне мало и для пузырных видов рыб экспериментальные данные соответствуют периоду личинок с развитым плавательным пузырем. Именно вопросу изучения особенностей отражения ультразвука личинками рыб в процессе их роста с момента выклевывания посвящена существенная часть данной диссертации.



В диссертации исследованы различные подходы для оценки личиночной биомассы с помощью гидроакустических измерений и на основании полученных данных по TS личинок предложен наиболее достоверный способ оценки.

Целью настоящей работы является совершенствование гидроакустичес-кого метода (ГАМ) количественной оценки биомассы молоди рыб и, особенно, в ее личиночной стадии 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 необходимо было решить следующие задачи:

- провести проектирование и построить мезокосм для проведения детальных

биологических измерений личинок рыб, а также гидроакустических

измерений отражательных характеристик личинок на разных стадиях

развития;

- провести экспериментальные работы в мезокосме по изучению особенностей

отражения ультразвука личинками рыб в процессе их роста с момента

выклевывания на примере личинок атлантической сельди Clupea harengus;

- рассчитать функциональных зависимостей силы цели (TS) личинок от их

cтандартной длины для различных ультразвуковых частот;

- сравнить экспериментальные результаты с теоретическими данными,

рассчитанными на моделях;

- провести гидроакустические съемки личинок анчоуса, определить

личиночную биомассу и ее пространственное распределение;

- провести анализ различных подходов количественной оценки личиночной

биомассы для выбора наиболее достоверного метода вычислений;

- выбрать и описать методологию гидроакустической количественной оценки

личинок рыб на примере данных гидроакустических съемок личинок анчоуса;

- разработать универсальный подход для оценки биомассы рыбной молоди.

Научная новизна работы. В диссертации впервые представлены результаты измерений отражательных свойств рыбных личинок атлантической сельди Clupea harengus в процессе их роста и на разных излучаемых ультразвуковых частотах. На основании полученных результататов как модельных, на примере гидроакустических съемок личинок анчоуса, реализована и описана методика количественной оценки и распределения личиночной биомассы. В процессе экспериментальных исследований впервые:

- проведены измерения отраженных ультразвуковых сигналов от личинок

атлантической сельди Clupea harengus для разных частотах излучения (120,

200 и 710 кГц) с момента выклевывания личинок в условиях максимально

приближенных к естественным условиям их обитания;

- по данным измерений установлено, что в процессе взросления наблюдается

резкое изменение TS личинок, что связано с появлением газовой системы;

- одновременно для трех частот излучения были получены усредненные

значения TS на ранней стадии роста личинок, с момента их вылупления и до

появления газовой системы и эмпирические уравнения TS личинок от

стандартной длины с момента появления газовой системы и дальнейшего

развития плавательного пузыря.

Практическая значимость. Результаты измерений TS личинок в мезокос-ме, методика сбора и обработки данных личиночной гидроакустической съемки и метод количественной оценки личиночной биомассы, представленный в диссертации, были использованы при проведении гидроакустических съемок личинок анчоуса (Engraulis encrasicolus) в 2004, 2005 и 2006 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 ограничения или запрета промысловых работ в этих подрайонах. Полученные данные о TS личинок, существенно повысили точность оценки их биомассы.

Разработана универсальная схема расчетов оценки биомассы молоди рыб. Результаты, представленные в диссертации, могут быть использованы россий-скими 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 концорсиума научно-исследовательских морских институтов (Палермо, Италия) в 2004.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, в том числе на международных симпозиумах и конференциях и в отечественных и иностранных научных изданиях, наиболее значимые из них приведены в списке литературы автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка цитируемый литературы, выводов. Текст изложен на 164 страницах с 7 таблицами и 45 рисунками. В списке литературы 134 названий.

Личный вклад автора в представленную диссертационную работу состоит в:

- разработке и монтаже системы мезокосм совместно с норвежскими и

итальянскими участниками работ;

- проведении гидроакустических экспериментальных работ в мезокосме на всех

этапах исследований;

- выполнении анализа гидроакустических сигналов для всех трех частот, запи-

санных от рыбных личинок в процессе экспериментов в мезокосме;

- в выборе математических моделей для сравнения экспериментальных и мо-

дельных данных о TS личинок;

- личном участии в научно-исследовательских рейсах в качестве руководителя

гидроакустических работ и обработки гидроакустических данных, собранных

в процессе экспедиций.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- особенности отражения ультразвука личинками сельди Clupea Harengus в

процессе их роста;

- оценка влияния возрастных физиологических изменений личинок рыб на

энергию отражаемого ими ультразвукового сигнала;

- сравнительный анализ экспериментальных данных о TS личинок сельди с

расчетными результатами на моделях (флюидных цилиндра и сферы);

- обоснование выбора наиболее достоверного метода оценки личиночной

биомассы пелагических клупеоидных рыб;

- методические особенности сбора и обработки данных для гидроакустической

количественной оценки личиночной биомассы и ее распределения;

- методика расчета биомассы многовидовых скоплений молоди рыб.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность использования ГАМ для коли-чественной оценки личинок и молоди рыб, сформулированы цели и задачи диссертации, оценена новизна работы, ее практическая и научная значимость, представлены данные о реализации и апробации работы, структуре и объеме диссертации, показано личное участие автора в решении задач диссертации, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации изложены теоретические основы ГАМ, основанного на принципах морской реверберации. Представлены и математически описаны два основных подхода гидроакустической коли-чественной оценке: эхосчет, когда каждый отраженный сигнал от одиночного объекта может быть распознан как сигнал от отдельной цели и эхоинтегрирование, когда отдельные цели неразрешимы и могут быть распознаны только как групповые. Поскольку в природе редко встречаются ситуации, когда гидробионты в скопления распознаются как одиночные объекты, чаще используется метод эхоинтегрирования. Именно этот метод был взят автором за основу, при разработке ГАМ для количественной оценки личи-нок и молоди рыб.

Методика количественной оценки морских биомасс, основанной на про-ведении гидроакустической съемки (ГАС), содержит большой набор процедур, которые, по характеру решаемых задач, могут быть разделены на четыре основных этапа:

    • планирование ГАС;
    • калибровка аппаратуры;
    • проведение ГАС;
    • обработка гидроакустических данных, собранных в процессе ГАС, для количественной оценки биомассы и построение карты ее распределения.

Точность конечного результата определяется каждым из этапов и каждый из них рассмотрен в этой главе. Инструментальные средства, используемые при проведении ГАС и на этапе обработки гидроакустических данных, также вносят существенный вклад в точность оценки биомасс. Особенно важны метрологические характеристики научно-исследовательского эхолота, как источника измерительных данных и к ним предъявляются определённые требования по дальности обнаружения и высокой разрешающей способности. В главе изложены параметры научного эхолота и его основные элементы, влияющие на его тактико-технические характеристики. Обработка гидро-кустических данных происходит, как правило, по завершению ГАС с исполь-ованием специализированных компьютерных систем обработки, называемые еще построцессинговыми системами (далее ППС). Здесь дан краткий обзор и описание современных ППС.





Представлены основные математические модели, используемые при построении карт распределения плотности рыбных скоплений и оценки биомассы: детерминистическая, основанная на описании данных некоторой математической функцией и не учитывающая их внутреннюю структуру; геостатистическая, учитывающая пространственную корреляцию данных для улучшения пространственных оценок и интерполяций. Геостатистическая модель все шире используется в мире для решения такого рода задач и именно эта модель была использована автором при построении карт распределений личиночных биомасс в главе 3. Представлены алгоритмы оценки точности биомассы и пути ее совершенствования.

Для количественной гидроакустической оценки рыбных биомассы необходимы данные по силе цели (TS) исследуемых объектов. Показана важность этого параметра, являющего основополагающим при проведении вычислений, и влияние среды обитания, морфологии рыб и частоты излучения эхолота на его величину. К настоящему времени в научной литературе широко представлены зависимости по TS взрослых рыб, но данных о TS личинок крайне мало и, как правило, они соответствую лишь небольшому промежутку времени развития личинки. Знания об отражательных способностях личинок могут позволить оценить их биомассу и спрогнозировать возможный прирост численности рыб в будущем с учетом влияния физических и биологических процессов. Поэтому актуальность исследований их отражательных свойств очевидна и этому вопросу посвящена вторая глава данной диссертации.

Во второй главе представлены результаты и анализ данных эксперимен-тальных работ в мезокосме по определению особенностей отражения ультра-звука личинками сельди Clupea Harengus в процессе их роста. Следует отме-тить, что непосредственные измерения отражательных свойств отдельных личинок в морских условиях чрезвычайно сложны и качество результатов не всегда соответствует затраченным усилиям. Однако, такие измерения могут быть выполнены с высокой точностью в мезокосме. Суть системы мезокосма заключается в том, что она моделирует в ограниченном пространстве водную экосистему и при этом надежно изолируется от проникновения внутрь каких либо морских организмов без вмешательства экспериментаторов. Конструкция мезокосма не может быть универсальна и зависит от целей эксперимента и параметров измерительной аппаратуры. Для проведения работ по исследова-нию отражательных свойств рыбных личинок в процессе их роста была разработана и изготовлена система мезокосм, схематично представленная на рис. 1.

Рис. 1. Схема мезокосма и расположения его основных элементов.

В качестве модельного объекта исследований были выбраны личинки атлантической сельди, по следующим причинам. Данный вид является типич-ным представителем пелагических клупеоидных рыб с физиологической и мор-фологической точки зрения, имеет важное коммерческое значение и обладает высоким уровнем адаптации и выживания.

В главе подробно описана методика подготовительного этапа работ с момента вылова нерестовой сельди, оплодотворения икры, помещения икры в специальный инкубатор. После периода инкубации, выжившие икринки пере-местили в два мезокосма в разных количествах. Один мезокосм должен был использоваться для проведения основных измерений TS и объемная плот-ность личинок в нем предполагалась существенно ниже, чем во втором. Второй мезокосм предназначался как резервный, на случай внезапной гибели личинок в первом мезокосме. Акустические, физические и биологические измерения выполнялись с регулярными временными интервалами с момента вылупления личинок и до появления и развития у них плавательного пузыря. В процессе всего периода работ осуществлялся контроль за параметрами воды (темпера-тура, кислород, соленость) в мезокосмах. Кормление личинок проводилось практически ежедневно живыми копеподами и их личинками. По проведенным автором оценкам, уровень отраженных гидроакустических сигналов от копепод (даже для самых крупных экземпляров) был ниже уровня эхосигналов от личинок, и с помощью установки соответствующих пороговых уровней, сигналы от копепод полностью исключались из обработки. Контроль за фи-зииологическим состоянием личинок проводился регулярно методом их отлова и проведением морфометрического анализа в лаборатории.

Гидроакустические измерения выполнялись с использованием многочас-тотных научно-исследовательских эхолотов фирмы Kongsberg Simrad и одно-частотного научного эхолота фирмы BioSonics: Simrad EK 500 (антенна 120 кГц с расщепленным лучом и однолучевая антенна 710 кГц); Simrad EK60 (частота излучения 200 кГц, расщепленный луч) и BioSonics DT 6000 c цифровой антенной 200 кГц и расщепленным лучом. Антенны эхолотов устанавливались в центре садка на глубине 30 см. Перед началом гидроакустических измерений была проведена полная сквозная градуировка эхолотов для каждой частоты излучения. Обработка записанных эхосигналов была выполнена с использова-нием ППС BI500, EchoView ver. 2.25 (SonarData Pty Ltd.) и специальная про-грамма «Target Tracking software», разработанная в Бергенском институте мор-ских исследований (IMR, Норвегия).

По результатам биологических измерений было получено обобщенное эм-пирическое уравнение стандартной длины (SL) личинок в зависимости от возраста с момента выклевывания:

SL,мм = 0,34D + 5,56 (1)

где D – возраст личинок, дни

Поскольку гидроакустические измерения проводились практически ежедневно, а обловы личинок выполнялись реже, то для пересчета размера личинок на момент проведения гидроакустических измерений использовалось вышеприведенная зависимость.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.