Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Материал и методика 15
Глава 2. Распределение криля и формы его регистрации гидроакустическими приборами .
2.1. Общие сведения о биологии криля 27
2.2. Общие закономерности распределения криля 28
2.2.1 Пространственное распределение криля 28
2.2.2 Распределение криля в пределах видовой группировки Классификационная схема типов агрегаций криля
2.3. Оценка характеристик распределения криля по результатам 40
гидроакустических измерений. Методические основы.Термины и определения
2.4. Результаты оценки характеристик распределения агрегаций криля в районах моря Скотия 48
2.5. Пространственная и временная изменчивость характеристик распределения криля в пределах мезо-масштабных полигонов 69
Глава 3. Улавливающие свойства разноглубинных тралов при облове криля 79
3.1. Инструментальная оценка уловистости разноглубинного трала гидроакустическим методом. Сопоставление экспериментальной и расчетной оценок 80
3.1.1 Методические основы гидроакустической оценки уловистости 80
3.1.2 Результаты экспериментальных исследований уловистости 84
3.1.3. Сопоставление экспериментальных и расчетных оценок уловистости 90
3.2. Влияние характеристик распределения облавливаемых агрегаций криля на их техническую доступность орудиям лова 93
3.3. Сравнение улавливающих свойств различных конструкций тралов при облове криля 95
3.3.1 Сравнение уловистости промысловых тралов 95
3.3.2. Сравнение уловистости промыслового и исследовательского тралов 96
3.3.3.Сравнение дифференциальной уловистости промыслового и исследовательского тралов 99
Глава 4. Повышение точности количественной оценки криля гидроакустическим методом 105
4.1. Современное состояние гидроакустических съемок криля 106
4.2. Статус силы цели криля на гидроакустических съемках 110
4.2.1. Сила цели TS 112
4.2.1. Сила цели TS^r 116
4.3. Рекомендации к совершенствованию гидроакустических съемок 117
Глава 5. Практическое применение учетных съемок 128
5.1. Съемки для оценки состояния ресурсов криля 128
5.1.1.Влияние совершенствования методики сбора и обработки
акустических данных на результаты гидроакустических съемок 129
5.1.2. Соотношение результатов количественной оценки биомассы и распределения криля на основе траловых и гидроакустических съемок 136
5.2. Оценка промысловой обстановки 143
5.2.1. Анализ промысла криля. Оценка интенсивности вылова криля отечественным флотом 144
5.2.2. Оценка промысловой значимости агрегаций криля 148
5.3. Перспективы совершенствования контроля за состоянием
ресурсов криля 158
5.3.1. Гидроакустические съемки для оценки промысловой обстановки
в районах работы добывающего флота 159
5.3.2. Повышение эффективности обработки и анализа данных гидроакустических съемок криля 165
Выводы 173
Литература
- Пространственное распределение криля
- Результаты оценки характеристик распределения агрегаций криля в районах моря Скотия
- Методические основы гидроакустической оценки уловистости
- Статус силы цели криля на гидроакустических съемках
Введение к работе
Актуальность проблемы. Перспективы развития мирового рыболовства не отделимы от возможностей использования биоресурсов вод Антарктики. Возрастающее внимание мирового сообщества к проблеме использования морских живых ресурсов Антарктики свидетельствует о том, что Южный Океан постепенно превращается в один из многообещающих промысловых районов. Последнее в немалой степени, обусловлено, с одной стороны, напряженным состоянием биоресурсов и мощным воздействием многочисленных антропогенных факторов, наблюдаемых почти повсеместно, а с другой стороны, изъятием из свободного промысла богатых рыбой районов путем введения 200-мильных рыболовных или экономических зон прибрежными государствами. В настоящее время многие государства, которые ранее не вели промысел в южных полярных широтах, пересматривают свою точку зрения относительно промысловой значимости этого района.
Составной частью биоресурсов Антарктики является криль - крупная эвфаузиида (Euphausia superba) длиной до 50-60мм с длительностью жизненного цикла 2.5-3 года, обладающая высокой плодовитостью (Макаров P.P., 1975, 1980). Сочетание этих признаков обуславливает массовость, высокий уровень воспроизводства. Среди прочих объектов возможного и уже осуществляемого вылова в Мировом океане криль относится к одному из самых массовых видов, позволяющих при организации крупномасштабного промысла существенно увеличить добычу пищевых и кормовых ресурсов. Биомасса криля только в подрайонах 48.1-48.4 (Море Скотия) оценивается в 44.2 млн.тонн (SC-CAMLR, 2000).
Еще в 1820 году большие скопления криля наблюдали первооткрыватели антарктического материка, русские экспедиции, плавающие на шлюпах «Восток» и «Мирный» под командованием М.П.Лазарева и ФФ.Беллинсгаузена.
До середины двадцатого века исследования (экспедиции комитета Дискавери в 1925-1939годах; систематические советские рыбохозяйственные исследования с 1947года) были направлены на изучение криля как объекта питания усатых китов (Магг, 1962; Беклемишев К.В., 1969; Клумов С .К., 1971).
С 1962 г по распоряжению руководства Министерства рыбного хозяйства СССР одновременно с углублением рыбохозяйственных научных исследований в Южном океане организуется экспериментальный промысел криля. Первым начал работать в Антарктической части Атлантики (АчА) в 1962году РТМ «Муксун» (АтлантНИРО). В этом рейсе впервые были обнаружены скопления криля в западной части моря Скотия, получены первые достоверные данные о возможностях лова и переработки криля на кормовую муку.
В 1970 году отечественный вылов криля составил 4700 т и далее постепенно наращивался. К концу 70-х годов мировой промысел криля вышел из экспериментальной стадии и в сезон 1981/82годов по всем районам Антарктики достиг рекордного уровня - 529тысяч тонн, причем вылов СССР составил 93%. В АчА вылов судами всех стран в этот сезон составил 374 тысяч тонн, из которых на долю СССР приходилось 368 тыс. т (98%). В 1983-1984 годах произошло резкое снижение мирового и отечественного вылова криля. Однако, к 1986 году вылов криля вернулся к прежнему высокому уровню - 445.7 тысяч тонн. В течение длительного периода, вплоть до 1994 на долю СССР, а затем и России приходилось основная часть вылова (до 95%). С 1993 года начался спад вылова криля и в 1993 году суммарный вылов России и Украины составил 10.3 тысяч тонн или 12% от мирового вылова (CCAMLR, 1991, 2001). С 1995 года отечественный промысел криля практически прекратился, а общий вылов криля в районах АчА в последние годы (2000-2002 годах) стабилизировался на уровне 103-104 тысяч тонн.
Начиная с первой Южно-Атлантической экспедиции Всесоюзного научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО), проведенной в 1964-65 годах, планомерное и поэтапное изучение ресурсов криля проводилось до настоящего времени сотрудниками всех морских рыбохозяйственных институтов Советского Союза /России - АтлантНИРО, Азово-Черноморского научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии (АзчерНИРО, в настоящее время ЮгНИРО, Украина), Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии (ПИНРО) и промысловых разведок.
Большую роль в интенсификации научно-поисковых работ по крилю сыграла организация в 1971 году постоянно действующей комплексной антарктической экспедиции Минрыбхоза СССР. Только за период 1971-1975годов в район острова Южная Георгия было проведено 12 научно -исследовательских и научно - поисковых экспедиций.
Уже с середины 70-х годов к живым ресурсам Антарктики повысился интерес многих стран-участниц Договора об Антарктиде (1959г), ранее проводивших общегеографическое изучение ледового континента и Южного океана. Это привело к международному сотрудничеству в изучении антарктических биоресурсов в рамках неправительственной организации СКАР (Научный комитет по изучению Антарктики) и принятию в 1982 году Конвенции о сохранении морских живых ресурсов Антарктиды, а также созданию одноименной правительственной международной комиссии- АНТКОМ-(CCAMLR- the Committee and the Commission for the Conversion of Antarctic Marine Living Resources) - с консультативным органом- Научным Комитетом. К началу работы Комиссии и ее Научного Комитета Советский Союз уже накопил большой объем научных и промысловых данных и его вклад был наиболее значительным среди стран-участниц, что определило приоритетный характер наших позиций в международном сотрудничестве в деле изучения и сохранения ресурсов криля.
В последующие годы было проведено большое количество научно-поисковых отечественных и зарубежных экспедиций, обеспечивающих возможность развития крупномасштабного промысла криля. С 1977 года были начато проведение комплексных крупномасштабных международных съемок для обоснования подходов к управлению запасами криля: BIOMASS -1977, FBEX -1981; SIBEX -1985 (Miller and Hampton, 1989), съемки АтлантНИРО -1983/84: 1984/85 и 1987/88 (Сушин и др. 1990; Sushin and Shulgovsky, 1999), синоптическая съемка АНТКОМ-2000 (Trathan et al, 2002; CCAMLR, 2000).
За все время исследований в районах Антарктики Управлением «Запрыбпромразведка» и АтлантНИРО было проведено около 60 экспедиций. Громадный объем биологической, океанологической и промысловой информации был собран за годы исследований в АчА благодаря тесному сотрудничеству АтлантНИРО с Управлением «Запрыбпромразведка».
Наиболее пристальное внимание в исследованиях, выполненных учеными разных стран за последние 30 лет, было уделено Антарктической части Атлантики (АчА), где традиционно располагаются основные участки мирового промысла криля. Получены современные данные об общих закономерностях распределения криля на обширной области между Антарктическим полуостровом и о.Южная Георгия, сформированы представления о дрейфе рачков из морей Беллинсгаузена и Уэдделла как главном источнике пополнения запасов криля в пределах АчА (Макаров и др. 1980; Парфенович. 1982; Масленников, 1980, Латогурский и др. 1975; Любимова и др.1983; Miller and Hampton, 1989; Agnew, 1997; Everson, 2000; SC-CAMLR, 1994).
Большое количество работ было посвящено изучению жизненного цикла криля, воздействию абиотических и биотических факторов среды на его распределение. В этом плане, специфика антарктического криля как планктонного организма, тесно связанного в своей жизнедеятельности с океанографической структурой вод и ее изменчивостью, обусловила пристальное внимание к изучению гидроклимата океана (интенсивности Антарктического Циркумполярного течения, интенсивности мезо-масштабных островных круговоротов вод, атмосферных переносов, интенсивности потока вод, набегающих на острова, и т.д.) в связи с выявлением благоприятных условий для формирования промысловых скоплений криля и их устойчивости, анализом межгодовой изменчивости распределения криля (Латогурский, 1973 Сушин и др,1990; Hofinan et al, 1998; Murphy et al, 1988 ; Fedulov et al,1996; Maslennikov .and Solynkin, 1988).
В настоящее время интерес к крилю не только сохраняется, но и увеличивается. С одной стороны, многочисленные исследования выявляют ключевую роль криля в антарктической экосистеме как доминирующего консумента первичной продукции, и как основного источника пищи для многих его природных потребителей (морских котиков, китов, пингвинов, птиц, рыб) ( Butterworth, 1993 ; Boyd, 2001; Hewitt and Low, 2000; Constable, 2000), с другой стороны принимаются во внимание огромные потенциальные запасы криля и наличие большого количества современных технологических разработок для получения как пищевой продукции (мясо, фарш, белковые изоляты), так и специализированной продукции для аквакультуры, химической и медицинской промышленностей (CCAMLR, 2002).
Рассматривая возможные тенденции увеличения добычи криля, современная деятельность АНТКОМа при активном участии приемника СССР в Комиссии - России - направлена на планирование рационального использования биоресурсов криля. Это требует регулярного представления в АНТКОМ обобщенных ретроспективных и новых данных, а также научных разработок, определяющих реальность перспектив использования ресурсов этого ключевого объекта антарктической экосистемы.
Изучение пространственной и временной (межгодовой и межсезонной) изменчивости распределения криля, организация надежного мониторинга за состоянием и степенью эксплуатации его запаса являются первостепенными задачами в выработке мер по управлению ресурсами криля с учетом принятого АНТКОМом экосистемного подхода (SC-CAMLR, 1993; 1995, 2001; Hewitt and Low, 2000; Butterworth et al; 1993; Miller, 2002).
Основой для выработки мер по управлению ресурсами криля являются результаты количественной оценки его запаса. Громадная информация по распределению криля, накопленная за мировую практику исследований в Южном океане, была получена, прежде всего, по результатам учетных съемок -траловых и гидроакустических съемок. Траловые съемки доминировали до начала 80 годов. С конца 70-х годов началось внедрение акустических методов в исследования криля, и с середины 80-годов гидроакустические съемки являются основным инструментальным методом его количественной оценки.
За весь период исследований методика траловых съемок практически не претерпела существенных изменений, за исключением использования различных типов разноглубинных тралов (промысловых и исследовательских) для облова криля. Что касается гидроакустических съемок, то существенные изменения затронули как оборудование судовых гидроакустических измерительных комплексов, так и методологию сбора и обработки акустических данных.
На первых этапах своего развития гидроакустические съемки проводились с использованием различных типов эхолотов с интеграторами, как то: ELAC-50 (Германия); ЕК-400 (фирма Симрад, Норвегия), FQ-50 (фирма Фуруно, Япония). В качестве рабочей частоты наиболее часто использовались 50 кГц, 120 кГц и 200 кГц ( Trathan et al, 1992; Anon, 1986, 2000 ). С начала 90-х годов в качестве базового бортового комплекса используется научный эхолот ЕК-500 на рабочей частоте 120 кГц и эхоанализатор BI500. Методологической основой съемок, выполняемых в 80-90 годы, являлся одночастотный метод сбора и обработки акустических данных с использованием размерно-видового состава траловых выборок для видовой идентификации скоплений криля и определения коэффициентов пересчета (факторов конвертации) акустического индекса в абсолютные значения плотности (г/м2 или г/м3) ( Anon, 1996; Trathan etal, 1992).
Со второй половины 90-х годов началась эра внедрения многочастотных методов в изучение зоопланктона (Martin et al, 1996; Stanton et al, 1996), что позволило разработать принципиально новую методологию и технологию сбора и обработки акустических данных для количественной оценки криля (Watkins and Brierley, 2002; Azzaly, 2001). В практике современных съемок принят многочастотный метод видовой идентификации криля, основанный на различиях в частотной зависимости отражательной способности различных типов гидробионтов антарктических вод и реализуемый путем одновременного выполнения акустических измерений на трех частотах 38 кГц, 120кГц и 200 кГц, сбор и обработка данных которых выполняются с использованием эхолота ЕК-500 и программного пакета Echoview фирмы SonarData (Австралия) (Anon, 2000; CCAMLR, 2000). Траловые выборки по-прежнему являются составной частью такой съемки, поскольку данные о размерном составе уловов криля на полигоне съемки продолжают являться основой для определения факторов конвертации акустических индексов численности в абсолютные значения плотности (Anon, 2000; Hewitt et al, 2002).
Отдельные аспекты точности гидроакустических съемок рассматривались в работах (Теслер, 1993; Johannesson and Mitson, 1984; Petitgas,1993; Demer,1994, 2002; MacLennan and Simmonds, 1992). Однако, вопросы влияния совершенствования технологии сбора и обработки акустических данных на результаты съемок, методологические аспекты использования разноглубинного трала, обладающего улавливающими и селектирующими свойствами, как инструмента для сбора биологической информации на гидроакустических съемках, остаются не изученными. Вместе с тем, таковые имеют важное значение как для обобщения ретроспективных данных старых и новых съемок, так и для повышения надежности результатов гидроакустических съемок и научных разработок, направленных на определение мер для рационального использования ресурсов криля.
При обобщении результатов различных съемок для познания закономерностей межгодовой изменчивости состояния ресурсов криля особую значимость приобретают вопросы соотношения траловых и акустических выборок плотности, правомерности сопоставления результатов траловых и гидроакустических учетных съемок и их совместного использования в ретроспективном анализе. Например, из пяти известных на сегодняшний день крупномасштабных, так называемых исторических съемок, охватывающих всю Антарктическую часть Атлантики, три съемки были траловыми, а две -гидроакустическими.
С другой стороны, в настоящее время известны аналитические методы оценки запасов промысловых объектов (Gulland, 1962; Ricker,1975; Patterson, 1995; Shepherd, 1999; Кадильников, 1985a, 2001). Широкие практические возможности имеет вероятностно-статистическая теория рыболовных систем, аналитические модели которой позволяют анализировать результаты промысла, опираясь на акустические оценки характеристик распределения облавливаемых агрегаций (Кадильников, 1985,2001).
В настоящее время вопросы изучения характеристик распределения промысловых объектов разработаны слабо. Последнее, в немалой степени, обусловлены традиционно узким их использованием в отечественной и зарубежной практике рыбохозяйственных исследований. В большей степени анализируются физические и биологические параметры стай морских биообъектов для выявления поведенческих механизмов, определяющих их распределение и изменчивость в зависимости от условий окружающей среды. Такая направленность работ превалирует как в отношении промысловых рыб (Weill et al, 1993; Lawson et al, 2001; Scalabrin and Masse, 1993; Pettingas and Levenez, 1996), так и в отношении криля (Напшег and Напшег, 2000; Kalinowski and Witec, 1982; Ziegel and Kalinowscki, 1994).
Исследование применимости аналитических моделей вероятностно-статистической теории рыболовных систем к промыслу криля и сопряжение этих моделей с гидроакустическим методом оценки морских биомасс представляет практический интерес для организации надежного мониторинга за состоянием ресурсов криля и обеспечения их наиболее рациональной эксплуатации.
Составной частью работ по совершенствованию управления ресурсами криля следует рассматривать исследование физических характеристик и закономерностей пространственного распределения различных типов агрегаций криля по результатам гидроакустических наблюдений, изучение влияния характеристик распределения агрегаций криля на их техническую доступность орудиям лова, формирование промысловой обстановки в районах работы добывающих судов.
С учетом выше сказанного, представляется актуальным обобщить и проанализировать методы количественной оценки ресурсов криля и их технической доступности для добывающего флота с учетом характеристик и закономерностей пространственного распределения агрегаций криля, что в конечном итоге будет способствовать разработке более обоснованных мер по управлению его запасами.
Целью настоящей работы является исследование характеристик распределения агрегаций криля и их технической доступности орудиям лова для совершенствования методов контроля за состоянием его ресурсов и организашш эффективного промысла.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
• экспериментальные измерения силы цели криля;
• проведение гидроакустических съемок криля в различных районах моря Скопит,
• обоснование совокупности характеристик пространственного распределения агрегаций криля, определяемых по результатам гидроакустических измерений;
• исследование характеристик пространственного распределения различных типов агрегаций криля по результатам гидроакустических съемок, выполненных в районах моря Скотия, в том числе и в районах промысла, за период 1983-2002 щ
• проведение экспериментальных работ по изучению улавливающих свойств разноглубинных тралов в зависимости от характеристик распределения облавливаемых агрегаций криля и режима работы орудия лова;
• экспериментальная проверка и обоснование применимости моделей вероятностно-статистической теории рыболовных тралов к процессу облова криля на основе результатов гидроакустических измерений уловистости разноглубинного трала;
• сравнительный анализ улавливающих свойств промысловых и исследовательских тралов на основе экспериментальных измерений и расчетов по моделям вероятностно-статистической теории рыболовных тралов;
• сравнительный анализ результатов траловых и гидроакустической съемок криля;
• изучение методических аспектов использования разноглубинных тралов как инструмента для оценки размерного состава криля на полигоне съемки;
• анализ показателей работы различных типов траулеров на промысле криля с учетом характеристик распределения облавливаемых агрегаций;
Научная новизна. В диссертации впервые выполнен анализ характеристик пространственного распределения агрегаций криля и методов проведения учетных съемок для оценки его запасов, обоснована возможность и показана значимость сопряжения методологии гидроакустических съемок и аналитических моделей вероятностно-статистической теории рыболовных тралов для решения практических задач контроля за состоянием ресурсов криля и организации их рационального использования. В процессе исследований впервые:
• вьшолнен статистический анализ характеристик распределения различных типов агрегаций криля в районах моря Скотия и проанализирована их пространственная и временная (межгодовая и сезонная) неоднородность в пределах мезо-масдггабных полигонов и участков промысла;
• проведены гидроакустические исследования улавливающих свойств разноглубинного трала в широком диапазоне характеристик распределения облавливаемых агрегаций криля и режимов работы орудия лова.
• показано определяющее влияние характеристик пространственного распределения облавливаемых агрегаций криля на уловистость разноглубинного трала и формирование показателей работы траулеров на промысле.
• выполнен сравнительный анализ полной и дифференциальной уловистости промысловых и исследовательских тралов при облове криля;
• разработаны рекомендации по обработке данных траловых выборок с учетом полной уловистости и дифференциальной уловистости орудия лова для оценки размерного состава скоплений криля на полигоне учетных съемок;
• проведен сравнительный анализ результатов гидроакустических съемок, основанных на разных методах видовой идентификации скоплений криля - по данным траловых выборок и на основе акустической идентификации двухчастотным методом;
• показана значимость анализа и мониторинга характеристик распределения криля для организации рационального промысла и контроля за состоянием ресурсов;
• разработаны рекомендации по совершенствованию методов контроля за состоянием ресурсов криля на основе введения аналитических моделей вероятностно-статистической теории рыболовных тралов в практику современных гидроакустических съемок.
Практическая значимость. Основные результаты работы использовались для нужд отечественного рыболовства:
• для получения оценки запаса и разработки мер по рациональному использованию ресурсов криля;
• для подготовки докладов на рабочие группы АНТКОМа (рабочую группу по крилю WG-Krill, группу по мониторингу и управлению ресурсами криля WG-EMM) • при защите стратегических интересов отечественного рыболовства в АНТКОМе.
Апробация работы. Основные результаты исследований представлялись на научных Всесоюзных, Всероссийских и Международных конференциях и совещаниях: Всесоюзная конференция «Сырьевые ресурсы Антарктической зоны океана и проблемы их рационального использования» Керчь, 1983; ГУ Всесоюзная конференция по промысловым беспозвоночным. МРХ СССР, Академия наук УССР, Севастополь; П Всесоюзное совещание «Сырьевые ресурсы южного океана и проблемы их рационального использования» АзчерНИРО, Керчь, 1987; Отраслевое Совещание по промысловой гидроакустике, Севастополь, филиал ВНИРО, 1988; Отраслевое совещание по промысловой гидроакустике, ВНИРО, Москва, 1999; Научно-технический симпозиум « Современные средства воспроизводства и использования водных ресурсов», Санкт-Перетбург, 2000; TV Всесоюзное Совещание по промысловым беспозвоночным, Калининград, АтлантНИРО, 2002; Международный симпозиум по промысловой акустике, Лаустофт, Великобритания, 1989; Рабочие группы по крилю (WG-Krill) и рабочие группы по мониторингу и управлению запасами криля (WG-EMM) в отчетные сессии АНТКОМа в 1989-2003 годах; Международный симпозиум « Орудия лова и акустические съемки для оценки запаса и поведения рыб» Хокайде, Япония, 2000; Второй симпозиум ГЛОБЕК, Хиндао, Китай 2002; Международный симпозиум «Океан» Париж, Франция, 2003; Третий международный симпозиум по зоопланктону, Испания, 2003.
Публикации По теме диссертации опубликовано и представлено 60 работ и докладов, в том числе в научных трудах АНТКОМа, международных симпозиумах - 40 работ.
Обьем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка цитируемой литературы. Текст изложен на 197 страницах с 51 таблицами и 38 рисунками. В списке литературы 221 названий, из которых 139 на иностранных языках.
Пространственное распределение криля
Антарктический криль (Euphausia superba) относится к одному из отрядов высших ракообразных - эвфаузиидам, которые являются обитателями планктона, т.е. постоянно находятся во взвешенном состоянии в толще воды. Длина взрослого криля достигает 60 мм и более. Тело рачка состоит из головогруди, или цефалоторакса , и брюшка, или абдомена (рис.1). Головогрудь снабжена конечностями (торакоподами), используемыми для добывания пищи из воды по средством фильтрации. Внутри головогруди находятся все жизненно важные органы: сердце, печень, желудок, гонады и выводящие половые продукты пути. Располагающиеся спереди головогруди усики (антеннулы и антенны) и глаза обеспечивают ориентацию рачка в пространстве. Передвижение криля осуществляется с помощью плавательных ножек (плеоподов), находящихся на брюшке и гребущих в метахронном ритме (т.е. одна за другой) На самом конце абдомена располагаются прыгательные колки (уроподы). В случае опасности, быстро сгибая брюшко, опираясь в воду уроподами, рачки резко отскакивают в сторону.
Ориентация рачков в течение суток может изменяться на 180 (Sameoto, 1986). Выделяется два типа ориентации рачков в их суточном жизненном цикле. При кормлении ориентация особей не упорядочена и меняется в диапазоне -90 -И-90(Несис, 1993; Kils, 1979, 1982). Упорядоченная ориентация наблюдается в период активных горизонтальных или вертикальных миграций стай. В этом период особи ориентированы параллельно или под углом 5-10 относительно направления движения. Крилю присуща реореакция, когда в зависимости от скорости течения изменяется ориентация рачков к водному потоку - угол ориентации особей в стаях является адаптивным, энергетически выгодным процессом для существования вида в динамически активных районах (Kils, 1982).
Распределение морских организмов обычно систематизируется в пределах видовой группировки и по акватории моря (Юданов, 1992). Распределение промысловых объектов на морских площадях зависит от таких факторов как гидрологический режим, распределения кормовой базы, физиологического состояния и т.д. Считается, что структура видовой группировки в значительной степени определяется поведением обьектов, их биологическим состоянием.
В общем случае формирование пространственной организации морских биообьектов принято рассматривать на трех уровнях ( Miller and Hampton, 19896; Misiid, 1997; Scalabrin and Masse, 1993; Maushlin, 1980): на мелкомасштабном уровне (от нескольких метров до нескольких км), где превалируют биосоциальные причины взаимного влечения; на мезо-масштабном уровне (до нескольких сотен км), когда пространственное распределение определяется коллективным поведением особей в соответствии с общими физиологическими или отологическими потребностями (например, питание, размножение) и гидрологическими градиентами, топологическими особенностями района; на крупномасштабном уровне (до нескольких тыс.км) , где главным фактором является физиологическая толерантность вида к градиентам окружающей среды (например, температура).
Криль Euphausia superba является представителем антарктического планктона, чья жизнедеятельность связана с океанографической структурой водных масс и ее изменчивостью. Поэтому распределение криля познается и систематизируется, прежде всего, в поле характеристик гидроклимата океана (Murphy et al,1988; Fedulov et al, 1994) , что определяет особенности классификации его распределения, например, по отношению к известной схеме систематизации форм распределения промысловых объектов, предложенной Юдановым (1992), а также подходу Pettingas and Levenez (1996).
Основой для современного представления о распределении криля послужили систематизированные данные научно- исследовательских судов, включая траловые и акустические съемки, планктонные съемки, распределение китов, статистика китобойного и крилевого промысла, полученные за более чем тридцатилетнюю мировую практику исследований в Южном океане. Существенный вклад внесли крупномасштабные комплексные российские траловые съемки в 1982-1988 годах (Sushin and Shulgovsky, 1998) и международные акустические съемки FIBEX, BIOMASS, CCAMLR-2000, проведенные в 1983-2000 годах (Anon, 1986; 2000; Hewitt et al, 2002).
Ареал распространения криля обширен, достигает в ряде мест южного полярного фронта, т.е. зоны Антарктической конвергенции, а иногда рачки выносятся и севернее (Antezana et al, 1976; Любимова и др. 1983; Ломакина , 1978). Граница ареала на юге - побережье Антарктиды (рис.2.2.).
Однако, в пределах своего ареала Euphausia superba распределяется неоднородно и основная часть его биомассы приходится на область прибрежной части антарктических вод; к северу от 60ю.ш. массовые концентрации криля регистрируются только в атлантическом секторе. Такой характер распределения криля тесно связан с особенностями гидрологических условий, и прежде всего, особенностями распространения вод разного генезиса.
Рис.2.2. Расположение районов находок криля по всей акватории его ареала (по Парфеновичу, 1982).
В пределах ареала криля выделяют две разновидности или модификации антарктических водных масс - низкоширотные и высокоширотные воды (рис.2.3.). К первым относятся воды южной периферии Антарктического циркумполярного течения (АЦТ), ко второму - прежде всего воды Антарктического прибрежного течения или АПТ. В отличие от вод АЦТ эти воды неоднородны не только в циркумполярном аспекте, но и в пределах
Результаты оценки характеристик распределения агрегаций криля в районах моря Скотия
Большую часть своей жизни криль проводит в пределах приповерхностного 100 метрового слоя глубин в стайном распределении. Стая рассматривается как основная единица организации популяций криля (Магг, 1982; Hamner et al, 1983; Watkins et al, 1986; Hamner and Hamner, 2000).
Форма стай очень разнообразна. Однако, как показывают подводные наблюдения, один из размеров стай (длина, вертикальная протяженность или ширина), как правило, значительно меньше, чем в двух других (Несис, 1993; Hamner et al, 1983; Ritz et al, 1999). Например, отмечались стаи, которые при длине около 100м и высоте до Юм и мели толщину лишь 3-4м (Hamner et al, 1983). Большая часть стай, наблюдаемых Рагулиным (1969), имели овальную форму с горизонтальной протяженностью не более 25м, вертикальной протяженностью 1.5-5м при толщине около 10-15м .
Анализ результатов акустических съемок АтлантНИРО 1983-2002 годов показывает, что распределение физических параметров стай имеют ярко выраженную положительную асимметрию, которая наблюдается как в пределах отдельных скоплений, так и для обобщенных рядов за промысловые сезоны (Касаткина, 1987; Касаткина и Хмельницкий, 1986; Kasatkina et al, 1993). Последнее наглядно иллюстрируется примерами частотных распределений параметров стай, зарегистрированных в различных районах моря Скотия (рис. 2.6-2.11).
В соответствии с наблюдаемым характером гистограмм в качестве гипотез для проверки эмпирических распределений случайных величин были выбраны нормальный, логнормальный, экспоненциальный законы, закон Вейбулла, законы Пуассона и Пуассона-Шарлье.
Выполненная проверка на 300 выборках, размер каждой из которых составлял от 50 до 5000 наблюдений, подтвердила, что случайные величины параметров стай не подчиняются нормальному закону. Линейные размеры стай (горизонтальная и вертикальная протяженность) аппроксимируются логнормальным законом и законом Вейбулла, причем по согласию с ним значительно слабее, чем по согласию с первым. Случайная величина глубины стай чаще всего согласуется с логнормальным и законом Пуассона-Шарлье, а плотности стай - с логнормальным и экспоненциальным законами. Расстояние между стаями аппроксимируется законами Пуассона и Пуассона-Шарлье.
Среднестатистические оценки параметров стай (табл. 2.2-2.5 , рис.2.6-2.11) показывают, что независимо от сезона и района выявляются общие тенденции, такие как: приуроченность стай к верхнему 100- метровому диапазону глубин, в пределах которого более 70% стай сосредотачивается в слое 30-50м; свойственность крилю в большей степени формировать мелкие стай, чем крупные. Последнее наглядно иллюстрируется кумулятой распределения биомассы стай - биомассу менее 1 тонны имели более 93% всех стай подрайонах 48.1-48.3 , и более 96% в подрайоне 48.4 (рис.2.9-2.11). Среднестатистические оценки горизонтальной протяженности стай в различных подрайонах моря Скотия находятся в пределах 28-50м, а высоты - 6 -И 2м. Плотность стай изменяется в широких диапазонах, достигая до 300-400 г/м3, но среднестатистические оценки, полученные в различные сезоны в различных подрайонах, оказываются очень близкими и составляют 50-80 г/м".
Отметим, что по результатам наших съемок более крупные стаи наблюдаются в районах гидродинамической водных масс (меандры, круговороты) по сравнению с более ламинарными потоками. Отмеченная тенденция наглядно проявляется при сопоставлении размеров стай криля в традиционных районах промысла (табл.2.2), которые, как уже отмечалось выше, обычно приурочены к системам устойчивых локальных круговоротов вод, обусловленных наличием здесь комплексного течения, топогенными факторами. Например, в пределах квазистационарных круговоротов вод вокруг Южных
Оркнейских островов средняя протяженность стай в различные сезоны составляла mean L = 30+50м, в то время как в открытой части подрайона 48.2 эта величина не превышала mean L 20м , в приостровных районах о.Южная Георгия средняя протяженность стай в различные сезоны составляла mean L = 30-й0м, а в открытой части - mean L 21м (Kasatkina et al, 1993; Kasatkina, 1995), в подрайоне 48.4 средняя протяженность стай в приостровных районах и на участках промысла составляла 38.5м, а в открытой части - 27м (Kasatkina et al, 2002 б) Формирование более крупных стай криля в районах гидродинамической неоднородности водных масс отмечается также и другими авторами (Siegel and Kalinowski, 1994;Hamption, 1985).
Коэффициенты вариации физических параметров стай (линейные размеры, объем, плотность) в пределах диапазона глубин их обитания достаточно высокие (более 40%). Однако, статистический анализ (по критерию однородности) не выявляет зависимости между глубиной нахождения стаи и ее параметрами. Типовое распределение параметров стай в пределах диапазона глубин их обитания показано на примере данных, полученных в подрайоне Южных Сандвичевых островов (рис.2.12), и наглядно демонстрирует независимость характеристик стай от глубины .
Как видно из табл. 2.2-2.5 , рис. 2.4-2.11 среднестатистические оценки и закономерности распределения параметров стай, зарегистрированные нами в разных подрайонах моря Скотия сопоставимы между собой. Наши оценки и выявленные закономерности согласуются с таковыми, наблюдаемыми другими авторами в разные сезоны в районах Атлантического и Индийского секторов Южного океана (Kalinowski and Witek, 1983,1985; Miller and Hampton ,1989; Miller et al, 1993). Отметим, что оценки плотности, полученные по результатам экспедиций FffiEX и BIOMASS и представленные в работах Kalinowski and Witek (1983,1985), Miller and Hampton (1989), Anon (1986) были нами пересчитаны, принимая во внимание новые алгоритмы для оценки силы цели криля (Anon, 2000, Everson et al, 1990). Отсутствие нормального характер распределение физических параметров стай криля подчеркивается различными авторами (Kaliniwski and Witek, 1982, 1985; Miller and Hampton, 1989; Butterworth, 1987; Siegel and Kaliniwski, 1994).
Методические основы гидроакустической оценки уловистости
Техническая доступность биоресурсов для рыболовных тралов, понимается как возможность добычи биологических объектов и количественно может выражаться степенью соответствия технических параметров рыболовной системы различным характеристикам поведения объектов лова (КадильниковД973, 1984, 1985, 1988, 2001). Это соответствие в полной мере определяется уловистостью. Последняя понимается как "... отношение количества пойманных рыб ко всему количеству рыб, находящихся в зоне действия на обловленной площади" (Баранов, 1960) или в современной практике как отношение количества пойманных рыб к числу рыб, которые в процессе траления находились в зоне действия орудия лова (Ионас,1967; Кириенко, Гюльбадамов, 1988; Карпенко и др. 2000). На сегодняшний день известны расчетные и инструментальные методы определения уловистости.
Как справедливо замечено в работах Карпенко и др. (2000), Карпенко (1985), Лапшин (1998) практическое применение известных теоретических алгоритмов уловистости (Ионас, 1967; Сергеев, 1979; Никоноров, 1979; Фридман, 1981), затруднено из-за неопределенности входящих в них переменных, связанных с описанием поведения объекта в зоне действия трала, не учетом параметров и конструкции трала.
Поэтому в настоящее время большее значение приобретает подход к оценке уловистости, основанный на математическом моделировании процесса взаимодействия объекта и орудия лова (Карпенко и др. 2000; Акишин, 1998; Кадильников, 1986,1988,2001).
Применительно к целям наших исследований наибольший интерес представляет вероятностно-статистическая теория рыболовных тралов, разработанная в АтлантНИРО (Кадильников, 1985,1986, 1988, 2001), поскольку последняя позволяет оценивать уловистость трала не только в зависимости от параметров и конструктивных элементов трала, поведения промысловых обьектов и биометрических параметров их тела, но и с учетом характеристик пространственного распределения облавливаемых агрегаций.
В данной работе использование аналитических моделей для оценки уловистости разноглубинных тралов предварялось инструментальными исследованиями по проверке основных положений вероятностно статистической теория рыболовных тралов применительно к процессу облова криля (Касаткина 1988а, 19886; Касаткина и Мысков, 1987а, 19876 ,1988).
Известными способами инструментального изучения уловистости рыболовных тралов являются метод мелкоячейных покрытий (Карпенко, 1983; Акишин, 1998), использование подводных фотоавтоматов и подводного телевидения (Заферман, 1976, 1999; Серебров, 1985). В данной работе задача инструментальной оценки улавливающих свойств трала решается на основе использования возможностей современного гидроакустического метода количественной оценки морских биомасс (Касаткина, 1988а, 19886; Kasatkina, 1989). При проведении экспериментальных гидроакустических исследований понятие уловистости нами трактовалось в соответствии с положениями вероятностно-статистической теории рыболовных тралов, что обеспечивало единство подходов при исследовании улавливающих свойств тралов различными методами.
Ниже рассматриваются результаты экспериментальных и аналитических исследований улавливающих свойств различных типов разноглубинных тралов при облове криля. В соответствии с вероятностно-статистической теорией полная уловистость трала определяется как вероятность сложного события (Кадильников, 1986,1993,2001; Kadilnikov et al, 1989): Р = PrP2-P3P4 Р5 Рб- Pr Ре Р9- Pio, (3.1) где: P - полная уловистость трала; Pi - вероятность попадания криля в вертикальный размер трала между его верхней и нижней подборами; Рг - вероятность попадания криля между досками трала; Р3 - вероятность захвата криля по трассе траления; Р4 - условная вероятность попадания криля в горизонтальный размер сетной части трала, при условии, что осуществились события 1,2, 3; Р5 - вероятность попадания криля в устье трала с формой, отличной от прямоугольной, при условии, что осуществились события 1, 2, 3, 4. Р6 - вероятность попадания криля из активной зоны в гарантированную зону облова, при условии реализации событий 1, 2, 3, 4, Р7 - вероятность удержания криля в пространстве трала при тралении, при условии, что осуществились события 1,2, 3,4, 5, 6; Р8 - вероятность удержания криля сетной оболочкой мешка трал при условии, что осуществились события 1, 2, 3, 4, 5, 6. 7, - селективность сетной части орудий лова и в конкретном случае селективность траловых мешков; 9 - вероятность удержания криля в трале во время его подъема, при условии, осуществились события 1,2, 3,4, 5, 6, 7, 8; Pio - условная вероятность удержания криля в трале за интервал времени tK от момента входа последней стаи, зафиксированной эхолотом до начала подъема трала, при условии ранее осуществленных событий.
Не приводя громоздких алгоритмов (Кадильников, 2001) , укажем, что элементы уловистости Рі -Рз зависят от характеристик распределения облавливаемых агрегаций и поведенческих характеристик криля, таких как максимальная скорость движения, максимальная дальность реакции на опасность; элементы Р4-Рю определяются линейными, угловыми и скоростными параметрами трала и поведенческими характеристиками криля.
Статус силы цели криля на гидроакустических съемках
Современная методика акустических съемок криля, сложилась в 1996-1999 и в полном объеме впервые была реализована в процессе международной съемки АНТКОМ-2000, проведенной судами четырех стран: США, Англии, Японии и России (институт АтлантНИРО).
В данной работе нет необходимости подробно излагать методику выполнения всех этапов съемки, подробно представленных в работах Anon (2000); Касаткина (20026), Goss et al (2002), Kasatkina and Malushko ( 2002a,6), Trathan et al (2002), Hewitt et al(2003).
Принципиальным отличием гидроакустической съемки криля от таковых для других биообъектов являются дизайн съемки и методика сбора и обработки данных.
Дизайн гидроакустической съемки криля определяется как стратифицированный с рандомизированной схемой параллельных галсов.
Стратифщикация полигона съемки, выполняемая на этапе ее планирования на основе существующих представлений о закономерностях распределения криля в исследуемом районе, позволяет уменьшить коэффициент вариации оценки биомассы, обусловленный неоднородностью распределения криля, а также дает возможность оптимально спроектировать схему галсов для каждого страта. Последнее является несомненным достоинством стратифицированного дизайна особенно при проведении мезомасштабных съемок в приостровных районах. В этом случае обеспечивается оптимальный выбор направления параллельных галсов в каждом страте с учетом ареографии дна и с учетом требования пересечения галсами в направлении близком к перпендикулярному изобат и основных потоков водных масс, определяющих пространственное распределение криля и пути его дрейфа. При этом, рандомизированная (нерегулярная) сетка параллельных галсов обеспечивает возможность использовать наиболее употребительные классические и геостатистические методы послесъемочного осреднения плотностных полей (Petitgas, 1993; Murray, 1996).
Стратифицированная рандомизированная схема параллельных галсов реализована в дизайне международной съемки АНТКОМ-2000 (Anon, 2000), примерами такого дизайны являются схемы галсов гидроакустических съемок криля, выполненных АтлантНИРО в 2000-2002 годах (Касаткина, 20026; Kasatkina et al, 2001, 20026, 2003с).
Сбор и обработка акустических данных основаны на реализации многочастотного метода, позволяющего выполнять акустическую идентификацию эхосигналов криля, разделяя суммарный регистрируемый эхосигнал на крилевую и некрилевую фракции (мелкие эвфаузииды, миктофовые рыбы, сальпа, мизиды, медуза и др). Как уже отмечалось выше (Глава 1), при традиционном одночастотном методе сбора и обработке данных, идентификация регистрируемых агрегаций криля выполнялась путем визуального анализа эхограмм с учетом видового состава траловых выборок. Данный метод отличается субъективностью оператора и в немалой степени зависит от достоверности траловых выборок (количества траловых станций, улавливающих свойств орудия лова, тактики траления и т.д.). Многочастотный метод основан на различном характере частотной зависимости отражательной способности разных гидробионтов и реализуется путем сопоставлении средних значений силы цели объемного рассеяния SV на частотах 38, 120 and 200 кГц (Azzali et al., 2001; Watkins and Brierley, 1997,2001; Madureira et al, 1993). Наибольшее практическое применение находит использование двухчастотного алгоритма, в соответствии с которым условием идентификация эхосигналов криля является: SVnoicru- SV38KTU = 2-ГІ2 (дБ) (Anon, 2000). Сбор и обработка акустических данных выполняются с использование эхолота ЕК-500 и программного пакета Sonar Data EchoView (Sonar Data Ltd, Австралия) и позволяют по результатам одновременных измерений на двух частотах в режиме «за посылку» построить виртуальную эхограмму распределения криля на частоте 120 кГц (базовой частоте при проведении эхосъемок), интегрирование которой является основой для получения горизонтального и вертикального распределения индексов относительной плотности с заданной дискретностью в зависимости от решаемой задачи (Kasatkina et al, 20026, 2003b). Переход от относительной плотности к ее абсолютным значения выполняется с использованием факторов конвертации, рассчитываемых на основе средневзвешенных оценок силы цели и массы рачков. Оценка силы цели криля осуществляется традиционным расчетным методом на основе уравнения регрессии силы цели от длины рачка (Demer and Conti, 2002, Green et al, 1990), что требует знания размерного состава криля на полигоне съемки и предусматривает выполнение тралового облова криля.
Оценка биомассы криля и ее статистических характеристик выполняются путем пространственного осреднения поля плотности методом Джолли и Хэмптона (Jolly and Hampton, 1991; Anon, 2000). Согласно данному методу средневзвешенные оценки плотности на каждом галсе являются основой для расчетов средних оценок плотности в пределах выбранных площадных страт, а затем средневзвешенной оценки плотности в пределах всего полигона съемки.).
Как известно, наиболее дискуссионным вопросом в практике любых гидроакустических съемок является точность оценки плотности. Анализ составляющих погрешности оценки плотности показывает, что источниками последних, прежде всего, являются калибровка эхолота, оценка силы цели и видовая идентификацией регистрируемых скоплений (Теслер, 1993; MacLennan and Simmonds , 1992). Современная методология калибровки научного эхолота с помощью стандартных целей позволяет добиться высокой надежности. Например, ошибка в определении эквивалентной ширины луча эхолота составляет -0.04дб при стандартном отклонении 0.03 дБ (Demer, 2003). С решением вопроса видовой идентификации эхосигналов криля на первое место в погрешностях оценки его плотности выходит проблема оценки силы цели.
Принятая в практике гидроакустических съемок расчетная оценка силы цели криля, основана на эмпирической модели Greene et al (1991), базирующейся на моделировании рассеяния звука крилем как жидкостно-наполненной оболочкой (Stanton, 1990) и на результатах экспериментальных измерений (Foote et al, 1990). Линейное регрессионное уравнение TS = f(L), принятое для оценки силы цели криля, имеет вид: TS= 34.85 log L - 127.45 (где L длина рачка CM)(Everson et al, 1990; Green et al, 1990). Традиционно проблема оценки силы цели криля рассматривается в аспекте насколько указанные модели Greene et al и Stanton позволяют учитывать форму и плотность тела рачков, влияние изменения углов их ориентации в пространстве на отраженный сигнал (Stanton and Wiebe, 1996; Demer and Martin, 1995). Результатом исследований в этих направлениях является пересмотр и корректировка уравнения TS = f(L) (Demer and Conti, 2003).
В данной работе проблема погрешности оценки силы цели криля рассматривается в другом аспекте, связанном с использованием траловых выборок для определения размерного состава криля на полигоне съемки. Размерный состав уловов является основой для расчетных оценок силы цели в соответствии с регрессионным уравнением TS=f(L).
Если первый аспект погрешности оценки силы цели неоднократно рассматривался (MacLennan and Simmonds , 1992; Теслер, 1993; Martin et al, 1996; Miyashita et al, 1996; McGehee, 1998; Everson, 2000; Demer and Gonti, 2002), то второй аспект выпадал из поля зрения исследователей.
