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문제 정의
- 본 연구에서는 수산 음향 기법이 가지는 장점을 이용하여 다양한 해양 환경 변화에 의해 형성되는 제주도 서쪽 연안 지역의 어류 자원에 대해 저층 부근에 형성되는 어군을 중심으로 계절별 시·공간 분포 및 수직 분포 특성을 파악하였다.
- 중층 어류에 의한 연구는 자망을 이용하는 일반적인 방법으로 접근이 용이하나 해저면 근처에 분포하는 어류의 조사는 통발을 이용하므로 상대적으로 조사 면적의 제한성이 큰 한계점이 있어 자원량 추정 및 분포 위치 파악에 현실적인 어려움이 존재하고 있다. 본 연구에서는 이러한 어려움을 극복하기 위한 방법으로 수심 분해능이 큰 고주파 음향 센서를 이용하여 해저면 부근에서 서식하는 어류의 음향 조사를 실시하였다. 이러한 저층 어류의 음향 조사는 중층 어류 조사보다는 상대적으로 작지만 최근에 다양하게 시도하고 있으며 그 효용성이 규명되고 있다 (Benoit-Bird et al.
- 본 연구에서는 제주도 서쪽 연안 지역에서 4 계절에 걸친 음향 조사를 통하여 저층 부근에 서식하는 어류의 시·공간 분포 특성을 파악하였다.
- 본 연구에서는 제주도 서쪽 연안에서 4계절에 걸친 음향 조사를 통하여 해저면 부근에 서식하는 어류의 시·공간 분포 특성을 파악하였다.
제안 방법
- 5 ms로 변경하였다. 4회에 걸친 음향 조사로부터 층별 어군의 분포 특성 및 강도를 나타내는 체적 후방산란 강도(Sv, dB) 값과 개개 어류의 현장 음향 표적강도(in situ TS, dB) 값을 저장하였다. 각 시기별 설정한 음향 시스템의 변수들은 Table 1과 같다.
- 그러나 12월에 수신된 개개 어류의 현장 음향 표적 강도(in situ TS, dB) 자료를 분석한 결과 낮은 값의 TS가 대량으로 수신되었다. 높은 체고(body height)를 가진 어류의 경우 좁은 분해능에 의해 복수의 음향 산란체로 인식할 가능성이 있어 이후 조사에서는 개개 어류의 음향 탐지 분해 거리를 20 cm 이상으로 증가시키기 위하여 펄스 길이를 0.3-0.5 ms로 변경하였다. 4회에 걸친 음향 조사로부터 층별 어군의 분포 특성 및 강도를 나타내는 체적 후방산란 강도(Sv, dB) 값과 개개 어류의 현장 음향 표적강도(in situ TS, dB) 값을 저장하였다.
- 본 연구에서는 주로 해저면 근처의 음향 자료만을 이용하였으나 사용하지 않은 해수면~해저면 위 5 m 수 층 사이의 정보를 이용하여 중층에 존재하는 어류의 시·공간 분포를 분석, 고찰하였다.
- 본 연구에서는 수산 음향 기법이 가지는 장점을 이용하여 다양한 해양 환경 변화에 의해 형성되는 제주도 서쪽 연안 지역의 어류 자원에 대해 저층 부근에 형성되는 어군을 중심으로 계절별 시·공간 분포 및 수직 분포 특성을 파악하였다. 부가적으로 음향 조사로부터 얻어진 저층 음향 자료와 삼중자망 및 통발 조사를 통한 저서 우점 어류의 어획 자료를 이용하여 저층 부근 어류의 현존량을 추정하였다.
- 분리된 2개의 수층에서 0.1마일의 EDSU(Elementary Distance Sampling Unit) 간격으로 추출된 NASC 값을 어군의 시·공간 분포 특성에 이용하였다.
- 음향 어군 조사를 위한 계량어군 탐지기(scientific echosounder)는 시스템 제어부, 센서부 및 예인체로 구성된 통합 시스템을 사용하였다(Biosonics 2005). 수심이 얕은 연안 조사임을 고려하여 200 kHz의 분할빔 음향 센서를 소형 예인체에 부착하여 선박의 현측에서 예인하였다. 음향 센서의 안정도는 수심이 얕은 천해에서 해저면 신호 및 어류 탐지 신호의 수신 값에 큰 영향을 주게 된다.
- 시·공간 분포 및 수직 분포 파악을 위한 계절별 음향 자원 조사는 2006년 12월 21일(동계), 2007년 4월 11일 (춘계), 6월 20일(하계), 10월 22일(추계)에 걸쳐 각 계절별로 1회씩 총 4회에 걸쳐 실시하였고, 어군의 자원량 추정을 위한 어류 채집은 신창, 용당, 용수, 고산의 4개 해역에서 2007년 10월에 실시하였다(Fig. 1).
- 1). 어류 채집은 한폭의 크기가 가로 50 m, 세로 5 m인 삼중자망 10 폭(500 m)을 투승하여 1일 후 양승하였고, 직경 32 cm, 폭 60 cm의 통발을 각 조사지역에 20개씩 일정한 간격으로 투승하여 3일 후 양승하였다(해양수산부 2007). 음향 조사는 동-서 방향의 정선에 대해 얕은 곳은 연안의 수심 5 m, 깊은 곳은 90 m까지 실시하였다.
- 어류의 TS 함수, 체장-길이 함수, 어류 길이 분포를 이용한 변환 계수와 음향 조사를 통해 관측한 NASC 값으로부터 해저면~해저면 위 5 m 수 층에 대해 계절별로 어류 밀도를 계산한 후 조사 면적(2.29×107 m2)을 이용하여 저층 부근 어류의 현존량을 추정하였다(Table 2).
- 음향 자료 수신을 위한 펄스 주기는 수심이 얕은 천해역이고 탐지 어군의 분해능을 증가시킬 수 있는 장점을 고려하여 초당 5 ping으로 하였다. 음향 자료 처리에 필수 적인 음향 센서의 위치 정보는 조사 주변의 섬과 육지에 근접하여 음향 조사를 실시하므로 기존의 GPS보다 정확도가 높은 DGPS를 사용하였다.
- 음향 자료 수신을 위한 펄스 주기는 수심이 얕은 천해역이고 탐지 어군의 분해능을 증가시킬 수 있는 장점을 고려하여 초당 5 ping으로 하였다. 음향 자료 처리에 필수 적인 음향 센서의 위치 정보는 조사 주변의 섬과 육지에 근접하여 음향 조사를 실시하므로 기존의 GPS보다 정확도가 높은 DGPS를 사용하였다. 음향 조사에 사용한 펄스 길이는 수직 분해능을 최대한 증가시키기 위하여 첫 조사 시기인 2006년 12월에는 0.
- 본 연구에서는 제주도 서쪽 연안에서 4계절에 걸친 음향 조사를 통하여 해저면 부근에 서식하는 어류의 시·공간 분포 특성을 파악하였다. 음향 조사를 위한 센서는 200 kHz 분할빔으로 소형 예인체에 설치한 후 조사선의 선측에서 예인하였다. 음향 조사를 위한 정선 수는 12개였으며 총 조사 거리는 23~24마일이었다.
- 음향 조사를 통한 저층 부근의 자원량 계산을 위해 동-서 방향의 정선에서의 취득한 0.1마일 간격의 NASC 값을 사용하였다. NASC 값은 체적내의 어류로부터 수신되는 신호의 선형적인 합이므로 어군의 밀도는 취득한 해수 체적 내의 평균 NASC 값을 어류의 TS 값으로 나눔으로써 계산할 수 있으며(Hewitt and Demer 1993; SonarData 2000), 이때 b20 값은 −72 dB로 하였다.
- NASC는 모든 길이의 어류에 의한 영향이므로 어류의 표준 길이 분포를 식 (4)에 적용해야 한다. 이를 위하여 연구 지역에서 채집한 주요 어군의 표준 길이당 상대적 빈도수(relative frequency) 결과를 이용하였다. 그러므로 연구 지역에서 관측된 0.
- 저층 어류의 시·공간 분포 특성 파악 이외에 부가적으로 음향 자료로부터 저층 부근에 서식하는 어류의 현존량을 추정하였다.
- 제주 서쪽 연안 지역에서 4계절에 걸쳐 실시한 음향 조사 자료를 이용하여 해저면과 해저면 위 5 m 사이의 저층 부근의 수 층에 분포하는 어군의 계절 및 공간 분포 특성을 파악하였으며, 우점 어류의 음향 특성을 이용하여 저층부근 어류의 현존량을 추정하였다.
- 조사 지역에서 어류 자원의 시·공간 분포 특성은 계량어군탐지기로부터 출력되는 체적 산란강도(volume scattering strength, Sv) 자료를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 현존량 추정을 위한 자료 처리 과정에서 사용한 NASC 값은 현장에서 관측한 값으로 조사 당시의 어류 분포 특성 정보를 가지고 있으므로 변하지 않는 관측 값이다. 그러나 TS 함수는 경골 어류에 해당하는 일반적인 TS 함수를, 체장-체중 함수는 4계절 가운데 추계 시기의 자료만을 사용하였다. 따라서, 음향 자료를 통한 좀 더 정확한 저층 부근의 어류 자원량 파악을 위해서는 조사 지역에서 우점하는 어류에 대한 TS 자료와 음향 조사와 동일한 시기에 체장-체중 함수에 대한 조사가 추가되어야 할 것이다 (Everson et al.
- 음향 센서의 안정도는 수심이 얕은 천해에서 해저면 신호 및 어류 탐지 신호의 수신 값에 큰 영향을 주게 된다. 본 연구에 사용된 음향 센서는 내부에 방위 및 센서 기울기를 측정하는 독립적인 센서를 가지고 있다. 따라서 해저면 신호의 강도와 센서 기울기 자료로부터 예인 속도를 조절하였으며, 이때 안정된 해저면 신호를 수신하는 예인체의 pitch, roll 허용 각도는 ±7° 예인 속도는 약 4노트였다.
- 본 연구의 목적인 해저면 부근의 어류 분포를 알기 위하여 모든 음향 자료에서 표층의 잡음을 제거한 에코그램을 대상으로 (1) 해저면~해저면 위 5 m 수층, (2) 해수면~ 해저면 위 5 m 수층으로 분리되는 2개의 수층을 구성하였다(Fig. 2). 분리된 2개의 수층에서 0.
- 연구 대상 해역인 신창리-수월봉을 잇는 지역은 제주 연안 해역의 일반적인 특성처럼 계절에 따른 해류 흐름에 의해 어류의 이동이 활발하여 다양한 수산 생물이 서식하여 자원 생물학적 가치가 높은 해역으로 알려져 왔다(방과 김 1993; 차 등 2001). 따라서 많은 조사들이 중층 어류 등에 초점을 맞추어 이루어져 있으나 제주도 형성 기작에 의해 연안 암반이 발달한 제주도에서 중요한 수산자원인 해저면 부근의 어류에 대한 분포 특성 연구는 상대적으로 부족한 상황이었다.
- 2 km에 이르는 지역이다. 연구 지역은 2004년부터 해양수산부가 시행하고 있는 제주 바다목장 조성 해역으로 차귀도, 와도, 죽도 등 3개의 섬이 존재하고 있다(해양수산부 2003). 특히 이 지역은 수중 암반이 잘 발달되어 있고 수온이 높아 아열대 해역의 특성을 보이며, 계절적으로 외해 저층으로부터 용승이 발생하여 수산 생물이 풍부하고 다양하게 출현하는 해역으로 다양한 수산 생물이 서식하는 자원 생물학적 가치가 높은 해역이다(방과 김 1993; 이 등 2006).
- 음향 조사가 실시된 해역은 제주도 서쪽 연안으로 남북으로는 신창리 앞에서 고산의 수월봉까지 약 9.3 km, 육지로부터 서쪽으로 3.2 km에 이르는 지역이다. 연구 지역은 2004년부터 해양수산부가 시행하고 있는 제주 바다목장 조성 해역으로 차귀도, 와도, 죽도 등 3개의 섬이 존재하고 있다(해양수산부 2003).
이론/모형
- 음향 어군 조사를 위한 계량어군 탐지기(scientific echosounder)는 시스템 제어부, 센서부 및 예인체로 구성된 통합 시스템을 사용하였다(Biosonics 2005). 수심이 얕은 연안 조사임을 고려하여 200 kHz의 분할빔 음향 센서를 소형 예인체에 부착하여 선박의 현측에서 예인하였다.
- 음향 조사를 위한 정선 수는 12개로 4회 모두 동일한 정선을 설정하였다. 총 조사 거리는 23~24마일로 정선 사이의 간격이 일정한 평행 정선(parallel transect) 방식을 적용하였다.
성능/효과
- 따라서 해저면 신호의 강도와 센서 기울기 자료로부터 예인 속도를 조절하였으며, 이때 안정된 해저면 신호를 수신하는 예인체의 pitch, roll 허용 각도는 ±7° 예인 속도는 약 4노트였다.
- 본 연구 지역에 존재하는 다양한 어류 체장을 가지고 있는 모든 종에 대해 b20 값을 측정하는 것은 현실적으로 불가능하다. 본 연구에서는 특정 어류에 대한 자원량 추정이 아닌 저층 부근에 존재하는 어류의 총 자원량을 추정하고자 하였기에 어종별 b20 값을 사용하기 보다는 경골어류의 일반적인 b20 값을 사용하였다.
- 신창리 이외에 어군 밀도가 높은 지역은 차귀도, 와도, 죽도에 근접한 섬의 남쪽 주변에서 상대적으로 높은 분포를 보이고 있었으며, 그 외 나머지 지역에서는 전 계절에 걸쳐 해저면 부근에서의 어군 분포는 약한 것으로 탐지되었다. 전체적으로 조사 지역에서 저층 부근의 어류는 수심 20~30 m 부근의 사면이 존재하는 공간에 주로 분포하는 것으로 나타나고 있었다.
- 중층 부어류는 춘계 시기에 가장 높았으며 차귀도 남쪽에서 가장 강한 분포를 가지고 있었다. 음향 적분치, 어류의 TS 함수, 체장-체중 함수로부터 계산한 저층 부근 어류의 현존량은 하계 기간에 30.8톤으로 가장 높았으며, 추계 22.5톤, 춘계 17.9톤, 동계 3.2톤 순서로 추정되었다.
- 음향 조사 결과, 해저면 부근의 저층 어류는 수심 20~30 m의 사면 부근에 집중적으로 분포하고 있으며 탐지 개체수 및 분포 강도는 하계 시기에 가장 컸다. 저층 어류의 공간 분포는 신창리 서쪽 연안에서 가장 밀도가 높게 나타났으며, 섬 주변에서도 상대적으로 높은 분포를 보였다. 중층 부어류는 춘계 시기에 가장 높았으며 차귀도 남쪽에서 가장 강한 분포를 가지고 있었다.
- 신창리 이외에 어군 밀도가 높은 지역은 차귀도, 와도, 죽도에 근접한 섬의 남쪽 주변에서 상대적으로 높은 분포를 보이고 있었으며, 그 외 나머지 지역에서는 전 계절에 걸쳐 해저면 부근에서의 어군 분포는 약한 것으로 탐지되었다. 전체적으로 조사 지역에서 저층 부근의 어류는 수심 20~30 m 부근의 사면이 존재하는 공간에 주로 분포하는 것으로 나타나고 있었다.
- 5). 즉, 동계와 춘계 시기보다는 하계 및 추계 시기에 탐지된 어류 개체수가 증가하고 있으며, 특히 하계의 경우 동계 및 춘계 시기보다 약 2배에 가까운 많은 어군 분포가 탐지되었다. 표층~ 해저면 위 5 m 수 층에서 탐지된 개개 어류의 개체수는 해저면~해저면 위 5 m 수 층에서 탐지된 어류에 비해 모든 계절에서 작게 나타나고 있었다.
후속연구
- 이러한 분포 특성은 수심 5~90 m까지 모든 수심에 대해 특정 지역이 아닌 전 조사 지역에 대해 실시한 결과이므로 자망이나 통발에 의한 시·공간 조사 결과보다는 자료의 편차가 작을 것이다. 따라서, 연안 지역의 해저면에 분포하는 어류 자원의 수직 및 공간 구조 파악을 위한 음향 조사 기법은 조사 정선이 충분히 확보된다면 이전의 연구 결과에서 보여주는 어군 파악 결과에 또 다른 결과를 제공할 것이다.
- 본 연구에서 실시한 연안 해역에서의 계절별 음향 자원 조사는 정성 분석에 치우친 현재까지의 연안 어류 자원 연구에 시·공간 분포 특성 파악에 필요한 기초 자료를 제공할 것으로 판단된다.
- 종 조성이나 다양도 연구에 치우친 연안 자원 조사에 음향 조사 기법은 어류 군집의 구조 파악 및 시·공간 특성 파악과 더불어 중요 우점 종으로부터 현존 자원량을 추정하는 새로운 가능성을 제시할 것이다.
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