[논문]유영행동에 따른 대형 해파리의 음향산란 변동의 이론적 검토

이유원; 황보규

doi:10.5657/kfas.2009.42.2.165

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Recently, wide spread distribution of the giant jellyfish, Nemopilema nomurai, has occurred in the East China Sea. This increased distribution has caused serious problems in inshore and offshore fisheries in Korea and Japan. As a result, it is necessary to evaluate the damage caused to the fisheries...

Recently, wide spread distribution of the giant jellyfish, Nemopilema nomurai, has occurred in the East China Sea. This increased distribution has caused serious problems in inshore and offshore fisheries in Korea and Japan. As a result, it is necessary to evaluate the damage caused to the fisheries by jellyfish. Accordingly, several hydroacoustic studies have been conducted to estimate the target strength (TS) of the giant jellyfish. However, the effects of fluctuation in the acoustic scattering characteristics on swimming patterns have not yet been elucidated. Therefore, in this study, we theoretically estimated the effects of changes in the acoustic scattering pattern on the swimming behavior of jellyfish using the Distorted Wave Born Approximation (DWBA) model. The results confirmed that acoustic scattering of jellyfish results in a significant change in their swimming pattern. Specifically, our theoretical estimation indicated that the TS of giant jellyfish (d=40 cm) fluctuated until 8.5 dB at 38 kHz, 13.8 dB at 70 kHz, and 15.1 dB at 120 kHz based on changes in their swimming patterns.

주제어

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문제 정의

7 dB까지 변화하였다고 보고하였으며, 이것이 유영행동에 따른 영향일 가능성에 대해 언급하였다. 이에 본 연구에서는 해파리의 유영행동을 분석하고, 음향산란의 이론모델을 이용하여 유영행동에 따른 음향 산란강도의 변동특성에 대해 검토하였다.

가설 설정

1) 삿갓의 안쪽의 빈 공간은 무시한다.
2) 구완은 전체 유영행동 패턴에서 동일하다.

제안 방법

위 식에서 나타난 바와 같이, 이론모델의 계산을 위해서는 산란체의 체형에 대한 정보, 매질인 해수와 산란체 사이의 밀도비 g와 음속비 h가 필요하다. 먼저, 유영행동별 체형자료는 동영상 자료 (Nakada, 2001)로부터 유영행동 패턴을 관찰하여, 삿갓의 수축과 팽창과정에서 4가지의 주요 행동패턴을 추출하여 사용하였다. Fig.
음향모델을 통하여 유영행동 패턴에 따른 음향산란특성의 변화를 추정하기 위해서는 대상생물의 형태변화를 정확하게 묘사해야 하지만, 이용 가능한 정보의 한계로 인하여 개체의 크기를 삿갓 직경 40 cm로 가정하고, 아래의 3가지 조건을 이용하여 유영행동 패턴을 단순화하였다.
, 1998; Demer and Conti, 2003; Amakasu and Furusawa, 2006). 현재, 해파리의 복잡한 체형을 정확하게 묘사할 수 있는 모델은 없으나, DWBA 모델은 비교적 복잡한 체형을 묘사할 수 있는 모델이기 때문에, 본 연구에서는 DWBA 모델을 이용하여 해파리의 음향산란특성을 추정하였다. DWBA 모델에 의한 원거리 음장에서의 음향 산란의 산란 진폭 fbs는 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.

이론/모형

984로 추정한 값이 가장 유사하였다고보고하였다. 이와 같이, 대상종에 따라 조금씩 차이가 있고, 적용값들에 대한 더 많은 검토가 필요한 상태이지만, 본 연구는 절대적인 산란값의 추정보다는 유영패턴에 따른 음향산란의 변화 정도를 추정하기 위한 것이므로, 밀도비 g와 음속비 h는 대형 해파리에 대한 측정치인 Hirose et al. (2007)의 값을 사용하였다.

성능/효과

그러나. 120 kHz에서는 각각 6.2 dB, 5.3 dB로 유영자세각에 의한 편차가 더욱 크게 나타났으며, 주파수가 증가할수록 유영행동 패턴보다는 유영자세각에 의한 TS변동이 더욱 커지는 현상을 보였다.
3) 촉수에 의한 음향산란은 촉수가 밀집된 부분의 형태만을 고려한다.
4에 나타내었다. 38 kHz에서 유영자세각에 의한 TS의 표준편차는 3.5 dB, 유영행동 패턴에 의한 TS의 표준편차는 4.7 dB이었고, 70 kHz에서는 각각 5.0 dB와 5.2 dB로 유영행동패턴에 따른 변동이 더욱 컸다. 그러나.
본 연구에서는 대형 해파리의 유영행동 패턴을 추출하여 음향산란특성을 검토한 결과, 유영행동 패턴이 TS추정에 큰영향을 줄 수 있다는 것이 확인되었다. 따라서, 유영행동 패턴에 따른 TS변동의 영향을 극복하기 위하여, 대형 해파리의 음향산란특성에 대한 연구뿐만 아니라, 다주파 특성을 이용하는 다주파 계측법이나 Echo-trace 법을 이용한 개체판별 등의 연구도 필요할 것으로 판단된다.
먼저 자세각에 의한 변화를 비교해 보면, TS는 삿갓을 수면이나 해저면으로 향할 때인 수직방향 유영 (90° 또는 -90°)일 때 높고, 수평방향으로 유영할 때인 -180°과 0°에서는 매우 낮았는데, null값을 제외하면 이러한 유영 자세각의 변동에 의해 약 30 dB의 차이를 나타내었다. 유영행동 패턴에 의한 변화는 유영 자세각에 의한 변화에 비해 다소 작은 것으로 나타났으나, (a)의 경우는 다른 유영 행동 패턴에 비해 음향산란의 패턴의 차가 크게 나타났다. 또한, 유영행동 패턴에 따른 음향산란은 체축이 많이 기울어진 상태인 약 -130°--100°, -70°--40°, 50°- 80°, 110°- 140° 부근에서는 삿갓의 운동에 의하여 크게 변화하는 것으로 보아, 이러한 유영 자세각에서는 다소 크게 영향을 받을 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구에서는 대형 해파리의 유영행동 패턴을 추출하여 음향산란특성을 검토한 결과, 유영행동 패턴이 TS추정에 큰영향을 줄 수 있다는 것이 확인되었다. 따라서, 유영행동 패턴에 따른 TS변동의 영향을 극복하기 위하여, 대형 해파리의 음향산란특성에 대한 연구뿐만 아니라, 다주파 특성을 이용하는 다주파 계측법이나 Echo-trace 법을 이용한 개체판별 등의 연구도 필요할 것으로 판단된다. 또한, 대형 해파리는 일반적으로 체축을 수평으로 하여 유영하는 수평유영 행동을 보이는 것으로 알려져 있기 때문에, 음향조사 시 상대적으로 낮은 값을 나타낼 가능성이 있으므로, 수평유영 자세에 대한 음향 산란특성의 측정연구가 더욱 필요할 것으로 판단된다.
따라서, 유영행동 패턴에 따른 TS변동의 영향을 극복하기 위하여, 대형 해파리의 음향산란특성에 대한 연구뿐만 아니라, 다주파 특성을 이용하는 다주파 계측법이나 Echo-trace 법을 이용한 개체판별 등의 연구도 필요할 것으로 판단된다. 또한, 대형 해파리는 일반적으로 체축을 수평으로 하여 유영하는 수평유영 행동을 보이는 것으로 알려져 있기 때문에, 음향조사 시 상대적으로 낮은 값을 나타낼 가능성이 있으므로, 수평유영 자세에 대한 음향 산란특성의 측정연구가 더욱 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	음향기법을 이용하기 위해서는 어떤 특성을 정확하게 파악할 필요가 있는가?	, 2007). 음향기법을 이용하기 위해서는 대상생물의 음향산란 특성을 정확하게 파악할 필요가 있는데, 현수법을 이용한 음향반사강도 (Target Strength, 이하, TS라 함)의 측정 (Hirose et al., 2005), 음향산란 이론모델 이용을 위한 음속비와 밀도비의 측정 (Hirose et al.
	현재 수중생물의 분포량 조사는 무엇이 주를 이루고 있는가?	현재, 수중생물의 분포량 조사에는 트롤에 의한 채집, 목시조사 등이 주를 이루고 있으나, 전 수층에 분포하는 해파리 분포를 파악하기 위해서는 음향기법이 유용하다 (Lee et al., 2007).
	Nemopilema nomurai의 유체와 성숙시기의 크기는?	최근 지구온난화에 따른 수온 상승으로 동중국해 부근에서 대량 발생한 대형 해파리 (Nemopilema nomurai)가 한국과 일본 연안으로 유입되어 연안 수산업에 큰 피해를 입히고 있다. 이 해파리는 직경이 15-60 cm, 무게 0.3-7.5 kg 정도의 유체이지만 성숙시기인 9-10월에는 직경 1 m 이상, 무게 200 kg에 달하는 대형 종으로, 주로 연안정치망이나 끌어구류에 유입되어 피해를 주고 있으며 (Honda et al., 2005), 2003년에는 우리나라 전 해역에 걸쳐 높은 밀도로 분포하여 수산업에 막대한 피해를 초래하였다.

참고문헌 (17)

Amakasu, K. and M. Furusawa. 2006. The target strength of Antarctic krill (Euphausia superba) measured by the split-beam method in a small tank at 70 kHz. ICES J. Mar. Sci., 63, 36-45

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Chu, D., P.H. Weibe, T.K. Stanton, T.R. Hammer, K.W. Doherty, N.J. Copley, J. Zhang, D.B. Reeder and M.C. Benfield. 2000. Measurement of the material properties of live marine organism and their influence on acoustic scattering. Proceedings of the oceans 2000 Rhode island MTS/IEEE, 3, 1963-1967
Clay, C.S. and J.K. Horne. 1994. Acoustic models of fish: the Atlantic cod (Gadus morhua). J. Acoust. Soc. Am., 96, 1661-1668

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Demer, D.A. and S.G. Conti. 2003. Reconciling theoretical versus empirical target strength of krill: effects of phase variability on the distorted-wave born approximation. ICES J. Mar. Sci., 60, 429-434

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Furusawa, M., T. Asami and E. Hamada. 1994. Prediction of krill target strength by liquid prolate spheroid model. Fish. Sci., 60, 261-265

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Hirose, M., T. Mukai, D.J. Hwang and K. Iida. 2005. Target strength measurements on tethered live jellyfish Nemopilema nomurai. Nippon Suisan Gakkaishi, 71, 571-577

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Hirose, M., T. Mukai, T. Simura, J. Yamamoto and K. Iida. 2007. Measurement of specific density and sound speed in Nomura's jelly fish Nemopilema nomurai to estimate their target strength. J. Marine Acoust. Soc. Jpn., 34, 37-46
Honda, N., Y. Matsusita, T. Watanabe and H. Iizumi. 2005. The countermeasures for migrating impacts of the giant jellyfish Nemopilema nomurai to fishing industries. Nippon Suisan Gakkaishi, 71, 975-976

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Honda, N. and T. Watanabe. 2007. Observation of the giant jellyfish Nemopilaema nomurai using an underwater acoustic camera. Nippon Suisan Gakkaishi, 73, 919-921

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Kim, I.O., H.C. An, J.K. Shin and B.J. Cha. 2008. The development of basic structure of jellyfish separator system for a trawl net. J. Kor. Soc. Fish. Tech., 44, 99-111

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Lee, K.H., I.O. Kim, W.D. Yoon, J.K. Shin and H.C. An. 2006. A study on vertical observation of giant jellyfish (Nemopilema nomurai) using acoustical and optical methods. J. Kor. Fish. Tech., 43, 355-361
Matsusita, Y., N. Honda and S. Kawamura. 2005. Design and tow trial JET (Jellyfish Excluder for Towed fishing gear). Nippon Suisan Gakkaishi, 71, 965-967

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McGehee, D.E., R.L. O'Driscoll and L.V.M. Traykovski. 1998. Effects of orientation on acoustic scattering from antarctic krill at 120 kHz. Deep-Sea Res. II, 45, 1273-1294

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Mutru, E. 1996. Target strength of the common jellyfish (Aurelia aurita): a preliminary experimental study with a dual-beam acoustic system. ICES J. Mar. Sci., 53, 309-311

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Nakada, K. 2001. Calling behavior by virgin diacamma worker. Movie achives of animal behavior data No: momo031013sn01b. (http://www.momo-p.com/showdetail-e.php?movieidmomo031013sn01b)
National Fisheries Research & Development Institute (NFRDI). 2005. Annual report of jellyfish research. Report of NFRDI, 1-117
Warren, J.D. and J.N. Smith. 2007. Density and sound speed of two gelatinous zoopklankton: Ctenophore (Mnemiopsis leidyi) and lion's mane jellyfish (Cyanea capillata). J. Acoust. Soc. Am., 122, 574-580

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