[논문]2주파수차 분석 기술을 이용한 난바다곤쟁이류(Euphausia sp.)의 현존량 추정

김병관; 한인우; 오우석; 최영민; 윤석현; 이형빈; 이경훈

doi:10.5657/kfas.2018.0305

2주파수차 분석 기술을 이용한 난바다곤쟁이류(Euphausia sp.)의 현존량 추정
Biomass Estimate of Euphausiids Euphausia sp. Using the Two-frequency Difference Method 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.51 no.3, 2018년, pp.305 - 312

김병관 (국립수산과학원 수산공학과) , 한인우 (전남대학교 수산과학과) , 오우석 (전남대학교 수산과학과) , 최영민 (국립수산과학원 고래연구센터) , 윤석현 (국립수산과학원 기후변화연구과) , 이형빈 (서해수산연구소 자원환경과) , 이경훈 (전남대학교 해양기술학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to investigate euphausiid abundance in an acoustic survey from March 2010 to July 2010 to suggest reasonable usage and management of the euphausiid Euphausia pacifica in the coastal area of Guryongpo Pohang. The acoustic data were analyzed by the 2-frequency difference method and the distorted wave born approximation acoustical theoretical model, which is used for organisms of weak target strength with small scatter, such as euphausiid scatter, among other marine organisms. The distribution and monthly density of euphausiids were estimated in the survey area. The results show that the volume back scattering strength frequency difference for euphausiid was 13.91-7.6 dB, and their monthly averag density was $28.2g/m^2$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 난바다곤쟁이의 밀도 추정의 정도를 높이고 종을 식별하기 위해 38과 120 kHz의 2주파수로 구성되어 있는 과학어군탐지기를 이용하여 대상 어종에 대한 서로 다른 음향산란특성을 이용한 주파수 차이를 이용한 방법과 음향산란층내의 다양한 생물의 종 식별에서 음향산란이론모델을 이용한 분석 방법으로 동해안 포항 구룡포 해역 주변에 서식하는 난바다 곤쟁이의 분포 추정과 밀도를 파악하여 자원 이용성을 검토하고 제도화 및 자원의 합리적 이용 및 관리 방안을 위한 기초연구로서 제시하고자 한다.

가설 설정

, 2006). 본 논문에서는 DWBA 음향산란 이론모델을 적용하여 난바다곤쟁이의 디지타이저 처리한 윤곽 데이터로부터 3차원 물체의 음향 산란특성을 변형 실린더 형태로 가정하여 이론 TS값을 추정하였다. DWBA 모델식은 다음 식 (1)에서 (3)으로 표현할 수 있다(Stanton et al.

제안 방법

이 때, 시간별 resampled 기능을 이용하여 에코그램을 한눈으로 볼 수 있게 압축하였다. 난바다곤쟁이의 주파수 차이가 명확하게 되면 그 값에 대한 범위를 설정하여 data range bitmap을 만들어 이 범위에 설정된 에코와 주파수 120 kHz의 셀의 크기와 매치되는 에코그램 mask를 만들고, 잡음이 제거된 120 kHz의 에코그램과 일치되는 에코그램을 대상 생물의 에코그램으로 간주하였으며, 난바다곤쟁이의 밀도를 추정하기 위한 에코그램의 적분층의 크기는 10 ping× 3 m 로 설정하였다.
음향 조사 시스템은 다중 주파수로 구성되어 있는 과학어군탐지기 (EK60, Simrad, Norway)를 국립수산과학원 시험조사선(탐구 12호, 70 GT)의 현측에 부착하였으며, 38 kHz 와 120 kHz의 트랜스듀서의 타입은 각각 ES38B-12, ES120-7G로 설정하였다. 38과 120 kHz의 펄스폭은 512 ms, ping 간격은 1초, 탐지 범위는 수심 0-300 m로 설정하여 음향 자료를 수집하였다.
6 dB로 나타났으며, 난바다곤쟁이의 TS는 체장이 커짐에 따라 증가하고, 저주파인 38 kHz보다 고주파인 120 kHz에서 높게 나타났다. 조사해역의 난바다곤쟁이의체장 분포에 대한 주파수차로 설정하여 2010년 3월부터 7월까저장된 음향자료를 처리하여 시공간별 수층에 존재하는 음향산란층의 정량채집에 의해 난바다곤쟁이를 확인하였으며 동해안의 분포하는 대상생물의 분포밀도를 추정하였다.
여기서, 식(12)의 우변의 NASC를 제외한 나머지 부분이 음향자료로 밀도를 계산하는 변환계수(conversion factor, CF)로 어류의 체장체중함수식과 TS 함수식을 고려한 것이다. 추출된 난바다곤쟁이의 밀도를 표층으로부터 수심 300 m까지 1 n.mile의 EDSU 간격으로 적분하고, 추출된 면적산란계수값을 이용하여 각 월별 일몰과 일출로 인한 난바다곤쟁이의 연직이동특성을 분석하였고, 시·공간 분포로 연직이동에 따른 난바다곤쟁이의 평균 분포 수심을 시간대별로 분석하였다.

데이터처리

본 논문에서는 난바다곤쟁이의 밀도를 추정하기 위해 과학어군탐지기로부터 1 n.mile 간격으로 추출한 체적산란강도 값을NASC (nautical area scattering coefficient)로 변환한 값을 사용하였다. 체적산란강도 값을 NASC 로 변환하는 관계식은 식(6)에 나타내었다.
38과 120 kHz의 펄스폭은 512 ms, ping 간격은 1초, 탐지 범위는 수심 0-300 m로 설정하여 음향 자료를 수집하였다. 현장에서 획득된 음향 자료는 음향 분석 소프트웨어(EchoviewV 4.7, Echoview Software Pty Ltd, Australia)를 이용하여 후처리 분석을 실시하였다.

이론/모형

음향산란 모델은 특정 플랑크톤 및 후방산란강도 측정이 어려운 생물에 적용하여 후방산란강도를 추정하는 방법이며, 최근 남극크릴의 이론 모델로 검증한 DWBA 모델은 적용하여 난바다곤쟁이를 디지타이징 처리한 윤곽 데이터로부터 3차원의 물체의 음향산란강도를 변형된 실린더 형태로 가정하여서 체적적분식으로 계산하였다. 모델에 적용되는 난바다곤쟁이의 체내 밀도비 와 음속비(Mikami et al., 2000), 유영자세각 정규 분포값(Miyashita et al., 1996)을 적용하여 각주파수별 체장(L)에대한 평균 TS 함수식을 구하였다(Fig. 4).
평균후방산란단면적은 DWBA 모델에 의해 각 주파수에 대한 값을 넣어 계산하고, 대상 생물의 후방산란단면적 및 체장체중 함수식은 음향조사에서 채집된 자료를 활용하였다. 난바다곤쟁이의 밀도(ρ)는 식(12)과 같이 1 n.

성능/효과

동해안 포항시 구룡포 연안 해역에 분포하고 있는 난바다곤쟁이는 표층으로부터 약 150 m의 수심층을 기준으로 분포하고 있었으며, 5월의 경우 동물플랑크톤이 일몰에 따라 전형적인 연직상향으로 이동하는 특성을 나타내었다(Fig. 5).
4). 채집된 데이터를 기준으로 난바다곤쟁이의 평균 체장은 16 mm 로 주파수 차이 값은 13.9 dB≤ TS120-38kHz ≤ 17.6 dB로 나타났으며, 난바다곤쟁이의 TS는 체장이 커짐에 따라 증가하고, 저주파인 38 kHz보다 고주파인 120 kHz에서 높게 나타났다. 조사해역의 난바다곤쟁이의체장 분포에 대한 주파수차로 설정하여 2010년 3월부터 7월까저장된 음향자료를 처리하여 시공간별 수층에 존재하는 음향산란층의 정량채집에 의해 난바다곤쟁이를 확인하였으며 동해안의 분포하는 대상생물의 분포밀도를 추정하였다.

후속연구

6월의 경우에는 120-200 m, 7월의 경우 주 분포 수심이 50-120 m의 연안 해역에 분포하여 다른 시기에 비해 높은 밀집도로 보였다. 난바다곤쟁이류는 동물플랑크톤과 마찬가지로 전형적인 주·야간 연직이동특성을 나타내므로, 동해안 대보항 인근 해역에서 주간에 난바다곤쟁이를 뜰채를 이용하여 포획할 정도로 일시적으로 연안해역 표층에 분포하는 현상은 용승과 같은 해·조류의 영향으로 사료되며, 향후 조사 시유속장을 규명할 필요가 있다고 생각되며, 난바다곤쟁이의 이동 경로와 주·야간에 따른 수심 분포 변동성을 정확히 예측하기 위해서 차기 연구에서는 장기적이고 지속적인 모니터링과 추가조사가 필요하다고 사료된다. 또한, 본 조사해역에서 취득한 음향자료와 동일시기의 수층별 수온정보 등을 포함한 해양환경자료의 분석을 이용하여 동해안에 분포하는 난바다곤쟁이류의 시기별 분포특성을 파악한 결과를 토대로 생활사에 대한 심층적인 분석을 통한 연구를 추가적으로 수행할 예정이다.
실제 채집시기의 100% 에코그램의 확인한 결과, dB difference 값이 큰 개체의 주파수 특성이 나왔다. 동해안 포항 인근 해역에 분포하는 난바다곤쟁이는 서해안 및 동중국해역에 분포하는 난바다곤쟁이보다 체장 분포가 양봉패턴을 나타나므로 작은 개체부터 큰 개체까지 다양하게 분포하고 있으므로 향후 먹이생물자원의 평가지표로 활용 가능할 것으로 판단된다.
난바다곤쟁이류는 동물플랑크톤과 마찬가지로 전형적인 주·야간 연직이동특성을 나타내므로, 동해안 대보항 인근 해역에서 주간에 난바다곤쟁이를 뜰채를 이용하여 포획할 정도로 일시적으로 연안해역 표층에 분포하는 현상은 용승과 같은 해·조류의 영향으로 사료되며, 향후 조사 시유속장을 규명할 필요가 있다고 생각되며, 난바다곤쟁이의 이동 경로와 주·야간에 따른 수심 분포 변동성을 정확히 예측하기 위해서 차기 연구에서는 장기적이고 지속적인 모니터링과 추가조사가 필요하다고 사료된다. 또한, 본 조사해역에서 취득한 음향자료와 동일시기의 수층별 수온정보 등을 포함한 해양환경자료의 분석을 이용하여 동해안에 분포하는 난바다곤쟁이류의 시기별 분포특성을 파악한 결과를 토대로 생활사에 대한 심층적인 분석을 통한 연구를 추가적으로 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	크릴류란 무엇인가?	크릴류(Euphausiids)는 동물플랑크톤의 한 종류로 고래, 펭귄, 바다표범 등과 같은 포유류, 조류, 어류의 주요 먹이생물로 생태학적으로 중요한 종이며(Everson, 2000), 이와 같은 동물플랑크톤의 한 종류인 난바다곤쟁이류(Euphausia pacifica)는북 태평양과 한국 연근해에 걸쳐 널리 서식하면서 해양 생태계에서 식물플랑크톤과 같은 일차 생산자와 상위 포식자를 연결하는 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Mauchline and Fisher, 1969; Mauchline, 1980; Kim et al, 2010).
	난바다곤쟁이류의 역할은?	크릴류(Euphausiids)는 동물플랑크톤의 한 종류로 고래, 펭귄, 바다표범 등과 같은 포유류, 조류, 어류의 주요 먹이생물로 생태학적으로 중요한 종이며(Everson, 2000), 이와 같은 동물플랑크톤의 한 종류인 난바다곤쟁이류(Euphausia pacifica)는북 태평양과 한국 연근해에 걸쳐 널리 서식하면서 해양 생태계에서 식물플랑크톤과 같은 일차 생산자와 상위 포식자를 연결하는 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Mauchline and Fisher, 1969; Mauchline, 1980; Kim et al, 2010).
	크릴류의 생물들의 시기별 분포 수심은?	8과 같이 나타내었다. 3월에는 낮시간대에 수심 150 m, 4월에는 60 m부근에 주로 분포하였으며, 5월에는 표층으로부터 150 m수심층을 기준으로 분포하여 주간 일출에 따른 전형적인 연직하향 이동 특성이 나타남을 확인하였다. 6월의 경우에는 120-200 m, 7월의 경우 주 분포 수심이 50-120 m의 연안 해역에 분포하여 다른 시기에 비해 높은 밀집도로 보였다. 난바다곤쟁이류는 동물플랑크톤과 마찬가지로 전형적인 주·야간 연직이동특성을 나타내므로, 동해안 대보항 인근 해역에서 주간에 난바다곤쟁이를 뜰채를 이용하여 포획할 정도로 일시적으로 연안해역 표층에 분포하는 현상은 용승과 같은 해·조류의 영향으로 사료되며, 향후 조사 시유속장을 규명할 필요가 있다고 생각되며, 난바다곤쟁이의 이동 경로와 주·야간에 따른 수심 분포 변동성을 정확히 예측하기 위해서 차기 연구에서는 장기적이고 지속적인 모니터링과 추가조사가 필요하다고 사료된다.

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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