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문제 정의
- , 2016). 본 연구에서는 상업어선에 설치된 어군탐지기의 주파수 38과 200 kHz를 이용하여 수집된 자료를 CCAMLR에서 제시한 분석방법을 이용하여 South Shetland island (Subarea 48.1) 주변 해역에 대량 서식하는 크릴의 분포 밀도 및 현존량을 파악하였다.
- 또한, 크릴의 회유는 해류의 이동 경로에 영향을 받기 때문에 해류의 이동 경로에 따라 조사 해역의 크릴 분포 밀도가 크게 달라지는 것으로 사료된다. 본 연구에서는 음향을 이용하여 South Shetland island주변에 분포하고 있는 남극크릴의 밀도 및 현존량을 파악하였고, 이러한 결과는 남극크릴의 자원관리에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.
제안 방법
- 100% 크릴만 어획된 2번 정점에서 추출된 SV (volume backscattering strength) 주파수 차이의 범위인 -3.0~13.8 dB에 포함되는 크릴의 에코를 추출하였다. 주파수 차 범위를 -3.
- 그 이후 dilation filter 7×7 기능이 적용된 에코그램에 data range bitmap 기능으로 크릴의 Sv범위를 설정하여 mask를 생성하고, 셀 자료 가운데 중간의 값으로 변경되는 median 7×7을 이용한 후, select 연산자로 이전의 mask와 median 7×7의 선택된 에코와 노이즈가 제거된 Sv에코그램의 크릴 범위를 설정한 data range bitmap을 생성한 후, 노이즈가 제거된 크릴의 에코를 취득하였다.
- 그리고 erosion filter 3×3 기능을 사용하여 일부 잔재하는 잡음을 제거하고, 손상된 에코를 회복시키기 위해 dilation filter 기능으로 주변에 있는 셀 자료에서 최대값으로 변경하여 에코신호의 공간을 보간하여 처리해 준다.
- 본 조사 해역은 수심이 1000 m 이상의 깊은 해역으로 수심의 깊어짐에 따라 배경잡음을 제거하기 위해 인위적으로 배경잡음을 만들어 잡음을 제거하는 방법인 TVT (time varied threshold) 방법을 적용하였다. 또한, 잔존 잡음을 제거하기 위해 data range bitmap의 기능을 이용하여 대상생물의 최소 Sv(volume backscattering strength)보다 작고, 최대 Sv보다 큰 잡음을 제거하고 mask 처리를 하였다(De Robertis and Higginbottom, 2007). 여기서, data range bitmap의 범위는 크릴의 참값으로 설정하고, 그 외의 값은 거짓으로 설정한다.
- 일반적으로 동물플랑크톤은 주파수 38 kHz보다 200 kHz에서 높게 나타난다. 본 논문에 사용된 방법은 다른 해양생물과 혼합된 크릴의 종식별을 위해 주로 사용하는 주파수 차이를 이용한 것으로 Fig. 2와 같은 흐름도로 나타내었다. 해수면과 해저면 그 밖의 노이즈를 제거하여 적분 구간을 설정하면, 주파수별 행렬이 구성되어 새로운 에코그램이 생성된다.
- 본 논문에서는 크릴의 현존량은 주파수 차이를 이용하여 200 kHz에 대한 수평으로 1 n.mile, 수직으로 표층에서 해저로부터 5 m까지 적분한 음향 산란 값으로 평가하였다. 추출된 분석 자료는 음향 조사정선의 각각 n.
- 본 연구에서는 주파수 차이를 알아보기 위한 셀의 크기 가로×세로를 50 ping×5 m를 적용하였다(SC-CCAMLR-XXVII, Anedex8, Paragraph35; CCAMLR 2008; WG-EMM-16/38 2016).
- 음향 조사 시스템은 세종호 선저에 부착된 주파수 38 과 200kHz (single beam)의 상업어군탐지기(ES70, Simrad, Norway)를 이용하였다. 음향 조사 시스템의 파라미터는 CCAMLR에서 제시한 음향 조사 기준으로 설정하였다(Table 1).
- 그 이후 dilation filter 7×7 기능이 적용된 에코그램에 data range bitmap 기능으로 크릴의 Sv범위를 설정하여 mask를 생성하고, 셀 자료 가운데 중간의 값으로 변경되는 median 7×7을 이용한 후, select 연산자로 이전의 mask와 median 7×7의 선택된 에코와 노이즈가 제거된 Sv에코그램의 크릴 범위를 설정한 data range bitmap을 생성한 후, 노이즈가 제거된 크릴의 에코를 취득하였다. 잡음이 제거된 음향자료는 표층에서 수심 20 m까지 해수선으로 설정하고 해저에서 5 m위까지 해저선을 설정하였으며, 주파수 탐지 거리를 고려하여 수심 250 m까지 분석하였다. 크릴 군을 추출하기 위해 음향 데이터분석 소프트웨어의 detect schools기능을 사용하였으며, Cox et al.
- 잡음이 제거된 음향자료는 표층에서 수심 20 m까지 해수선으로 설정하고 해저에서 5 m위까지 해저선을 설정하였으며, 주파수 탐지 거리를 고려하여 수심 250 m까지 분석하였다. 크릴 군을 추출하기 위해 음향 데이터분석 소프트웨어의 detect schools기능을 사용하였으며, Cox et al. (2011)의 연구 방법 Table 2의 파라미터를 입력하여 주파수 200 kHz에서 크릴군을 추출하여 주파수 차이 200-38 kHz의 범위를 설정하여 크릴의 에코를 추출하였다.
- 또한, 주파수 차이의 최대모드는 1번 정점과 2번정점 각각 0 dB와 2 dB에서 나타났으며, 크릴과 살파류가 50%로 섞인 1번 정점은 주파수 차이 모드가 한 모드로 나타나, 두 생물의 종 식별은 어려운 것을 알 수 있었다. 크릴만 100% 어획된 2번 정점의 주파수 차이 값(5-95% 범위)은 -3.0~13.8 dB으로 이 결과 값을 이용하여 크릴의 밀도 및 현존량을 파악하였다.
- , Australia)를 이용하여 분석하였다. 크릴은 중층 트롤을 이용하여 채집하였으며, 크릴이 채집된 정점에서 200개체를 무작위로 선택하여 눈의 안테나 끝부터 말단가지를 제외한 꼬리까지의 길이를 1 mm 간격으로 측정하였다.
- 본 연구에서는 주파수 차이를 알아보기 위한 셀의 크기 가로×세로를 50 ping×5 m를 적용하였다(SC-CCAMLR-XXVII, Anedex8, Paragraph35; CCAMLR 2008; WG-EMM-16/38 2016). 크릴을 식별하기 위한 주파수 차 범위는 크릴의 분포 사이즈 Sv 주파수 차 추천 범위(min-max)를 이용하였으며(SC-CCAMLR-XXIX, Annex 5, CCAMLR 2010; Fielding et al., 2011), 크릴의 적용 체장은 조사해역에서 채집된 크릴의 사이즈(PDF 95% 범위)를 적용하였다.
- 크릴의 중층 트롤을 이용한 채집은 조사기간에 정선을 따라 음향조사 수행 중 수심 500 m까지의 해역에서 나타나는 크릴 군을 대상으로 실시하여 1번과 2번 정점에서 실시하였으며, 그 외의 정선에서는 트롤 조업을 할 수 있는 정도의 크릴어군이 탐지되지 않았다. 조사 해역에서 수행된 총 2개의 정점의 트롤 어획 조사 결과, 1번 정점에서는 크릴 5,469 kg, 살파류 5,469 kg으로 크릴과 살파류 2종이 50%로 혼획되었으며, 2번 정점에서는 크릴만 14,805 kg으로 100% 어획되었다(Fig.
대상 데이터
- 이 가운데 특히 살파류(Salps thompsoni)가 차지하는 비율이 높았다. 본 연구에의1번 정점에서는 크릴과 살파류가 각각 50%씩 채집되었다. 본 연구의 현장 자료 결과로는 크릴과 살파류의 종 식별은 어려운 실정이다.
- 1). 음향데이터는 조사정선에서 선속 10 knots 이하로 항주하면서 수록하였고, 조사 정점에서는 중층 트롤을 이용하여 생물을 채집하였다. 트롤의 예망 시간은 60분이었으며, 예망 속도는 약 2-3 knots로 유지하였다.
- 음향조사와 트롤조사는 2017년 3월 3일부터 3월 14일까지 상업어선인 세종호(7,765 tonnage)를 이용하여 조사를 실시하였다. 음향조사 정선은 24개, 트롤조사 정점은 2개를 설정하였고, 조사 면적은 90,700km2였다(Fig. 1). 음향데이터는 조사정선에서 선속 10 knots 이하로 항주하면서 수록하였고, 조사 정점에서는 중층 트롤을 이용하여 생물을 채집하였다.
- South Shetland island의 서쪽과 남쪽, Bransfield strait, Elephant island 조사해역 주변에는 200 m이내의 대륙붕으로 형성되는 연안역과 성질이 다른 수괴가 만나는 전선수역과 수심이 깊어지는 외양역으로 구성되어 있다. 음향조사와 트롤조사는 2017년 3월 3일부터 3월 14일까지 상업어선인 세종호(7,765 tonnage)를 이용하여 조사를 실시하였다. 음향조사 정선은 24개, 트롤조사 정점은 2개를 설정하였고, 조사 면적은 90,700km2였다(Fig.
- 길이의 i번째 빈도빈수이다. 크릴의 체장-체중 관계는 CCMALR 2000년에 Kaiyo Maru 조사선에서 측정한 자료로 산출하였다(SC-CCAMLR-XIX, Annex4, Appendix G, CCAMLR, 2000).
데이터처리
- 6’W), single beam은 위상을 알 수 없기 때문에 빔 축에서의 최대값을 확인하였으며, 측정 결과는 이론치와 유사하게 나타났다. 수집된 음향자료는 후처리 음향분석 소프트웨어(Echoview V8; Echoview Software Pty Ltd., Australia)를 이용하여 분석하였다. 크릴은 중층 트롤을 이용하여 채집하였으며, 크릴이 채집된 정점에서 200개체를 무작위로 선택하여 눈의 안테나 끝부터 말단가지를 제외한 꼬리까지의 길이를 1 mm 간격으로 측정하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 크릴을 분리하기 위하여 stochastic distored wave born approximation (SDWBA) 모델로 계산한 TS-체장의 관계식(3.96-5.91 dB)과 SV 주파수 차이(-3.0~13.8 dB)를 적용하였다. SDWBA 모델로 계산한 주파수 차이의 범위는 약 2 dB으로 적게 나타나고, 현장에서 계측된 SV 주파수 차이의 범위는 약 16 dB으로 크게 나타났으며, 모델과 현장 값은 큰 차이를 나타내었다.
- (2015)의 방법에 의해 제거하였다. 본 조사 해역은 수심이 1000 m 이상의 깊은 해역으로 수심의 깊어짐에 따라 배경잡음을 제거하기 위해 인위적으로 배경잡음을 만들어 잡음을 제거하는 방법인 TVT (time varied threshold) 방법을 적용하였다. 또한, 잔존 잡음을 제거하기 위해 data range bitmap의 기능을 이용하여 대상생물의 최소 Sv(volume backscattering strength)보다 작고, 최대 Sv보다 큰 잡음을 제거하고 mask 처리를 하였다(De Robertis and Higginbottom, 2007).
- 선박에서 발생한 잡음 및 전기 신호와 같은 잡음은 배경잡음 제거 기능과 Wang et al. (2015)의 방법에 의해 제거하였다. 본 조사 해역은 수심이 1000 m 이상의 깊은 해역으로 수심의 깊어짐에 따라 배경잡음을 제거하기 위해 인위적으로 배경잡음을 만들어 잡음을 제거하는 방법인 TVT (time varied threshold) 방법을 적용하였다.
- 음향 조사 시스템은 세종호 선저에 부착된 주파수 38 과 200kHz (single beam)의 상업어군탐지기(ES70, Simrad, Norway)를 이용하였다. 음향 조사 시스템의 파라미터는 CCAMLR에서 제시한 음향 조사 기준으로 설정하였다(Table 1). 상업어군탐지기의 보정은 음향 조사 전에 연안에서 교정구 60 mm, 13.
- 체중은 총 무게(mg), 체장은 총 길이(mm)이다. 크릴의 후방산란단면적은 1991년 CCMALR에 적용된 주파수 200 kHz에 대한 TS 체장 관계식으로 이용하였다(Greene et al., 1991).
성능/효과
- 7). Fig. 8에서 조사 정선별 크릴의 밀도는 South Shetland island West 해역 북쪽 지역의 정선 6번에서 5 g/m2이상으로 가장 높게 나타났으며, 크릴의 가중평균 밀도는 0.92 g/m2(CV=31.55%)이었고, 현존량은 83,425톤으로 추정되었다(Table 3).
- 8 dB)를 적용하였다. SDWBA 모델로 계산한 주파수 차이의 범위는 약 2 dB으로 적게 나타나고, 현장에서 계측된 SV 주파수 차이의 범위는 약 16 dB으로 크게 나타났으며, 모델과 현장 값은 큰 차이를 나타내었다. 또한, 위의 두 가지 방법의 주파수 차이를 적용하여 크릴 군을 탐지한 결과, 잡음이 제거된 200 kHz의 크릴 군은 주파수 차이를 3.
- 과학어군탐지기의split beam은 4분할 진동자가 있기 때문에 빔 내에서 위상을 알 수 있어 빔 패턴에 대한 교정을 하면 되지만, single beam의 경우 단일 빔으로 구성되어 있기 때문에 위상을 알 수 없다. 따라서, 본 연구에서는 조사 전 교정구를 이용하여 single beam의 빔 축에서의 최대 값을 확인하였으며, 교정구 신호를 취득하고 후처리 분석을 통하여 보정한 결과, 이론치와 유사한 것으로 나타났다(Fig. 9). Choi et al.
- , 2015). 또한, Euphausia pacifica도 현장 SV 값으로 주파수 차이 200-38 kHz를 파악한 결과 평균값은 3.9-13.3 dB을 나타내었고, DWBA 모델로 사이즈에 따른 주파수 차이를 파악한 결과, 1-30 mm 범위에서 주파수 차이는 약 8-30 dB로 사이즈가 커짐에 따라 주파수 차이는 적게 나타나는 것을 수 있었다(Kim et al., 2016). 이전의 연구결과를 비교한 결과, 크릴류의 주파수 200과 38 kHz의 차이 범위는 넓게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- SDWBA 모델로 계산한 주파수 차이의 범위는 약 2 dB으로 적게 나타나고, 현장에서 계측된 SV 주파수 차이의 범위는 약 16 dB으로 크게 나타났으며, 모델과 현장 값은 큰 차이를 나타내었다. 또한, 위의 두 가지 방법의 주파수 차이를 적용하여 크릴 군을 탐지한 결과, 잡음이 제거된 200 kHz의 크릴 군은 주파수 차이를 3.96-5.91 dB을 적용하였을 때는 크릴 에코가 탐지되지 않았지만, -3.0~13.8 dB 를 적용하였을 때는 크릴 에코가 탐지되는 것을 알 수 있었다(Fig. 10).
- 5)으로 크릴만 어획된 정점 2번의 값이 높게 나타났다. 또한, 주파수 차이의 최대모드는 1번 정점과 2번정점 각각 0 dB와 2 dB에서 나타났으며, 크릴과 살파류가 50%로 섞인 1번 정점은 주파수 차이 모드가 한 모드로 나타나, 두 생물의 종 식별은 어려운 것을 알 수 있었다. 크릴만 100% 어획된 2번 정점의 주파수 차이 값(5-95% 범위)은 -3.
- 모든 정점에서 어획된 크릴 사이즈는 30.0-56.5 mm(Avg.±SD=44.3±5.2 mm)으로 분포 특성은 47.0 mm에 최대빈도를 보였으며, PDF (probability density function)로 구한 95% 사이즈 범위는 34.0-54.0 mm이었다(Fig. 5).
- 04% 의 크릴 신호로 확인하였다. 본 연구에서는 교정구 신호 획득 후, 후처리를 통한 보정으로 38 kHz의 이론치와 측정치의 평균값이 약0.52 dB, 200 kHz의 이론치와 측정치의 평균값이 약2.34 dB의 차이를 보여 고주파수에서 dB값의 차이가 높게 일어나는 것을 알 수 있었다. 연구 조사선을 이용한 음향조사의 경우 많은 인력과 시간 및 예산의 한계로 인해 어렵기 때문에 상업어선에 탑재된 센서를 이용한 자료의 획득과 활용에 대한 중요성이 높아지고 있으며(ICES, 2007), CCAMLR 내부 과학위원회 에서도 상업선의 특성을 고려한 음향 자료 수집 및 보정, 분석 등 자원량 산정의 정량화에 대한 규정 등이 권고되고 있다.
- 크릴의 중층 트롤을 이용한 채집은 조사기간에 정선을 따라 음향조사 수행 중 수심 500 m까지의 해역에서 나타나는 크릴 군을 대상으로 실시하여 1번과 2번 정점에서 실시하였으며, 그 외의 정선에서는 트롤 조업을 할 수 있는 정도의 크릴어군이 탐지되지 않았다. 조사 해역에서 수행된 총 2개의 정점의 트롤 어획 조사 결과, 1번 정점에서는 크릴 5,469 kg, 살파류 5,469 kg으로 크릴과 살파류 2종이 50%로 혼획되었으며, 2번 정점에서는 크릴만 14,805 kg으로 100% 어획되었다(Fig. 3). 크릴의 단위시간노력당 어획량(CPUE, catch per unit effort; kg/h)은 1번 정점에서 5,469 kg/h, 2번 정점에서 11,844kg/h으로 나타났다.
- , 2004)으로 조사 해역마다 크릴의 밀도가 다르게 나타났다. 크릴의 밀도는 South Shetland island, Elephant island, South Georgia가 다른 해역에 비하여 상당히 높았고, 조사 시기마다 큰 차이를 나타내었다(Table 4).
후속연구
- (2009)는 동물플랑크톤이 크릴의 현존량에 미치는 영향은 10% 미만으로 작을 것이라고 보고하였다. 그러나, 크릴의 주파수 차이 범위에 포함되는 것으로 크릴과 살파류를 식별하기 위해서는 주파수를 추가하여 조사할 필요가 있을 것으로 사료된다. 한편, 크릴의 밀도는 해빙의 강도, 식물 플랑크톤 양, 해류의 흐름에 따른 해양 환경에 따라 해 년마다 다르게 나타나고(Hewitt et al.
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