基于聲學(xué)技術(shù)的紅沿河核電站附近海域夏季水母通量測量

付媛媛，湯勇*，王珊，孟威，王帥，劉笑麟

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023； 2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

水母在海洋浮游生物群落中占有十分重要的地位，其具有數(shù)量大、種類多、分布范圍廣的特征，通常以大中型浮游動物，尤其是橈足類為食[1]。水母在季節(jié)、年際和年代間波動較大，其資源豐度與海洋環(huán)境因素有關(guān)[2]。近年來，夏季水母在中國東海、黃海、渤海等多個(gè)海域暴發(fā)，對濱海核電站的冷源取水安全造成重大威脅[3]。紅沿河核電站地處渤海灣中部的東側(cè)沿岸，夏季核電站附近海域的海月水母和沙蟄暴發(fā)，嚴(yán)重威脅核電站取水口的安全，因此，水母資源量變動及其空間分布信息是核電站制定冷源生物防御方案的重要依據(jù)之一。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在各類水母暴發(fā)成因、生活習(xí)性、分布規(guī)律及形態(tài)學(xué)[4-12]等領(lǐng)域進(jìn)行了較多研究。但在水母資源量調(diào)查和評估方面，受水母現(xiàn)地自然繁殖時(shí)期的變動性及隨潮流漂浮流入流出等特征影響，傳統(tǒng)的站位網(wǎng)具采樣方法較難滿足統(tǒng)計(jì)采樣條件，且水母調(diào)查一般使用多錨張網(wǎng)，其自身具有選擇性較強(qiáng)、網(wǎng)口形狀隨潮流變化等不足，較難保證水母資源量評估的準(zhǔn)確度。

現(xiàn)代漁業(yè)資源聲學(xué)評估技術(shù)快速發(fā)展，聲學(xué)技術(shù)在國外已經(jīng)被廣泛用于水母資源量評估。該技術(shù)主要通過測量水母的聲學(xué)散射特征，以確定水母的散射強(qiáng)度與資源密度的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上使用科學(xué)探魚儀對調(diào)查海域進(jìn)行聲學(xué)垂直斷面的走航調(diào)查，測量水母的體積散射強(qiáng)度，并結(jié)合水母目標(biāo)強(qiáng)度(target strength，TS)評估水母資源密度。目前，國外已開展了針對水母目標(biāo)強(qiáng)度及聲學(xué)散射特征等聲學(xué)研究，包括沙蜇Nemopilemanomurai[13-14]、海月水母Aureliaaurita[15]、白色霞水母Cyaneanozakii[13]、咖啡金黃水母Chrysaoramelanaster[16]等主要種類，2019年Yoon等[17]利用頻差(38、 120 kHz)方法對水母進(jìn)行了分類、資源評估等。而國內(nèi)尚未開展針對水母資源的聲學(xué)調(diào)查評估研究工作。

由于水母的運(yùn)動特征是以漂浮為主，紅沿河核電站附近海域的潮流又主要受南北方向往復(fù)運(yùn)動潮汐的影響。因此，本研究中在紅沿河核電站附近海域水母較為集中的區(qū)域選取斷面進(jìn)行調(diào)查，并通過漲落潮周期內(nèi)水母通量的變化情況，分析水母運(yùn)動特征與潮流的關(guān)系，以期為該海域水母資源量的聲學(xué)調(diào)查及設(shè)置有效聲學(xué)監(jiān)測站位等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查船及調(diào)查區(qū)域

根據(jù)紅沿河核電站周邊海域的水母采樣調(diào)查結(jié)果，選擇水母較為集中的區(qū)域進(jìn)行聲學(xué)調(diào)查。2017年7月10日選擇位于紅沿河核電站(圖1中星標(biāo))南部的長興島附近海域(圖1中CD斷面)，2017年8月10日、9月12日選擇核電站西側(cè)附近海域(圖1中AB斷面)進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查航線為固定區(qū)域兩點(diǎn)間連續(xù)25 h垂直斷面的往復(fù)走航觀測。使用分裂波束科學(xué)探魚儀(挪威，Simrad，EY 60型，120、200 kHz)及ADCP(TRDI，WHS-300型)分別進(jìn)行水母的聲學(xué)資源調(diào)查和潮流觀測。

圖1 紅沿河核電站及聲學(xué)調(diào)查航線Fig.1 Location of Hongyanhe Nuclear Power Plant and acoustic survey route

調(diào)查船為長25 m、寬4.3 m、功率178.9 kW的海蜇捕撈船，調(diào)查航速為4～5 kn?？茖W(xué)探魚儀的換能器垂直向下固定于船體中部左舷外側(cè)水下0.8 m處。設(shè)置脈沖寬度為0.256 ms，收發(fā)周期為0.1 ms。科學(xué)探魚儀系統(tǒng)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)球校正后，換能器波束角在船的前后和左右方向分別為6.43°和6.38°，等效波束角為-20.6 dB。

由于25 h聲學(xué)斷面調(diào)查不能停船，于第2天日間在該航線使用當(dāng)?shù)睾ｒ夭稉朴玫亩噱^張網(wǎng)進(jìn)行水母采樣，網(wǎng)目為20 cm。

1.2 方法

1.2.1 水母的頻差處理 科學(xué)探魚儀的聲學(xué)數(shù)據(jù)頻差處理技術(shù)是針對混棲海洋生物聲學(xué)回波信號處理的一種技術(shù)，其基本原理是混棲生物中不同種類散射物體具有不同的目標(biāo)強(qiáng)度頻率響應(yīng)，而該頻率響應(yīng)與實(shí)際使用不同頻率科學(xué)探魚儀測量的反向體積散射強(qiáng)度(volume backscattering strength，簡稱SV)呈線性關(guān)系，具有相同的頻率響應(yīng)差值，即

ΔMVBS=SVm 200 kHz-SVm 120 kHz=TS200 kHz-TS120 kHz。

(1)

其中：MVBS為平均反向體積散射強(qiáng)度(mean volume backscattering strength)，ΔMVBS為平均反向體積散射強(qiáng)度差；SVm 120 kHz和SVm 200 kHz分別為120、200 kHz頻率下同一散射體積內(nèi)目標(biāo)生物反向體積散射強(qiáng)度實(shí)際測量值的平均值；TS120 kHz和TS200 kHz分別為120、200 kHz頻率下散射生物目標(biāo)強(qiáng)度的頻率響應(yīng)。魚類一般可以使用不同頻率下以體長(cm)平方為基準(zhǔn)的TS作為頻率響應(yīng)值，水母一般使用以傘蓋(cm)面積為基準(zhǔn)的TS(RTS)作為頻率響應(yīng)值(D為傘徑，面積為π(D/2)2)。在已知工作頻率和采樣生物規(guī)格(體長或傘徑)范圍的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算來設(shè)置不同生物的頻差范圍(ΔMVBS)，從而進(jìn)行SV信號的差值處理，分離出不同種類海洋生物的SV回波。

本研究中根據(jù)以往水母RTS頻率響應(yīng)的研究結(jié)果[13-16]，分別確定沙蜇和海月水母的頻率差(ΔMVBS),其中沙蟄使用Kang等[14]的公式計(jì)算：

RTS(Dair/λ)=-6.1 lg(Dair/λ)-36.2(r=0.51)。

(2)

結(jié)合采樣沙蟄規(guī)格，確定沙蟄RTS為-3～1 dB。

海月水母依據(jù)Derobertis等[16]總結(jié)的不同種類水母RTS的研究結(jié)果，將相同傘徑海月水母在120、200 kHz兩種頻率對應(yīng)的RTS做差，從而確定頻差范圍為0～3 dB。

一般小型橈足類浮游動物的ΔMVBS根據(jù)以往散射模型研究結(jié)果[18]，設(shè)置為3～20 dB。相同規(guī)格有鰾魚類在120、200 kHz間的頻率差為-1～0 dB左右，在沙蟄的檢測范圍內(nèi)。但考慮到魚類采樣樣品極少，因此，本研究中不進(jìn)行有鰾魚類回波信號的頻差篩選。

科學(xué)探魚儀在120、200 kHz工作頻率下，3次調(diào)查航行測量的噪聲級平均在-126～-124 dB，在進(jìn)行頻差處理前先進(jìn)行最低閾值的噪聲處理。

由于不同頻率換能器的物理排列導(dǎo)致采樣空間在近距離具有一定差異，因此，在實(shí)際處理時(shí)需要對SV信號進(jìn)行一定范圍的平均處理，以保證不同頻率的聲波具有相同的聲學(xué)采樣對象。MVBS數(shù)據(jù)的重新采樣間隔范圍根據(jù)網(wǎng)具采樣結(jié)果設(shè)定。較大沙蟄的傘徑超過60 cm，間隔范圍設(shè)置為8 Ping(2 m)×1 m。

1.2.2 聲學(xué)數(shù)據(jù)后處理 使用Echoview 8.0聲學(xué)數(shù)據(jù)處理軟件對調(diào)查的120、200 kHz聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要包括有效聲學(xué)測量區(qū)域的數(shù)據(jù)預(yù)處理(噪聲、無回波和海面氣泡回波的消除、海底線重新繪制等)、水母單體目標(biāo)檢測、SV數(shù)據(jù)的頻差處理和不同類型水母的回波積分。根據(jù)單體目標(biāo)檢測結(jié)果來確定目標(biāo)強(qiáng)度的頻數(shù)分布并獲得水母的平均TS值，在此基礎(chǔ)上參考Mutlu等[15]、Hirose等[13]及 Kang等[14]的TS與傘徑關(guān)系式，分別計(jì)算推定海月水母和沙蟄的平均傘徑。

對經(jīng)過頻差處理的海月水母和沙蟄的SV數(shù)據(jù)進(jìn)行回波積分處理。在進(jìn)行AB斷面遠(yuǎn)近岸水母資源量分布的分析時(shí)，積分單元設(shè)置為調(diào)查航線長度的一半，約5 n mile；在測量調(diào)查斷面的密度和通量時(shí)，選用整條航線長度作為積分單元，約10 n mile。在獲得各個(gè)積分單元的聲學(xué)積分值(nautical area scattering coefficient, NASC,單位m2/n mile2)和面積散射強(qiáng)度(area backscattering strength，SA，單位m2/m2)的基礎(chǔ)上，結(jié)合平均目標(biāo)強(qiáng)度分別計(jì)算單位海面下海月水母和沙蟄的平均密度(ρm,ind./m2)，其計(jì)算公式為

ρm=SAm/σbsm。

(3)

其中：m為平均值；σbs為反向散射截面(m2)，與TS的關(guān)系為TS=10 lgσbs。

1.2.3 水母的通量計(jì)算 由于聲學(xué)調(diào)查的斷面基本垂直于潮流的運(yùn)動方向，水母通過調(diào)查斷面通量(Fm， ind./( s·m2))的計(jì)算公式為

Fm=ρvm|v|sinθ。

(4)

其中：m為平均值；ρv為單位水體密度(ind./m3)；v為流經(jīng)調(diào)查斷面潮流流速的水平分量(m/s)；θ為潮流水平流向與斷面的夾角(°),以航線近岸端方向，即圖1由B至A方向?yàn)?°基準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水母的網(wǎng)具采樣

2017年7、8、9月份水母的網(wǎng)具采樣數(shù)量及平均傘徑如表1所示。其中，7月份采集的海月水母均有破損，傘徑為估測值。

表1 2017年7、8、9月水母的網(wǎng)具采樣數(shù)量及平均傘徑

表2 2017年7、8、9月海月水母和沙蜇在日間及夜間的平均密度

2.2 潮流

2017年7、8、9月潮流的測量結(jié)果均為標(biāo)準(zhǔn)半日潮，潮流為東北-西南向的沿岸流。其中7、8、9月份潮流流速最大值分別為0.80、0.70、0.65 m/s。以正北方向?yàn)?°基準(zhǔn)，漲潮時(shí)潮流方向約為60°(東北方向)，落潮時(shí)潮流方向約為240°(西南方向)，潮流正壓性較強(qiáng)，表底變化一致。

2.3 目標(biāo)強(qiáng)度頻數(shù)分布

從圖2可見，7月份水母TS頻數(shù)分布呈現(xiàn)雙峰特性，平均值分別為-64.6、-56.8 dB，對應(yīng)傘徑為4.80 cm的海月水母和31.26 cm的沙蜇；8月份水母TS頻數(shù)分布呈現(xiàn)雙峰特性，較小峰的TS平均值為-65.6 dB，是傘徑為4.11 cm的海月水母，較大峰的TS值為-45 dB，根據(jù)數(shù)量及強(qiáng)度值推定為體長10 cm左右的小型有鰾魚類；9月份水母TS頻數(shù)分布呈現(xiàn)雙峰特性，平均值分別為-61、-56.9 dB，對應(yīng)傘徑為8.43 cm的海月水母和30.90 cm的沙蜇。

圖2 2017年7、8、9月調(diào)查水母現(xiàn)場目標(biāo)強(qiáng)度的頻數(shù)分布Fig.2 Frequency distribution of target strength (in situ) of jellyfish in July, August, and September 2017

2.4 回波信號的頻差處理

使用Echoview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)頻差處理后結(jié)果如圖3所示。其中，圖3(a)、(b)分別為2017年9月在AB斷面中部20:30時(shí)120、200 kHz的SV回波映像圖，顯示出大量較弱的水母單體目標(biāo)回波，部分單體目標(biāo)的回波強(qiáng)度在120 kHz頻率下的響應(yīng)明顯高于200 kHz；經(jīng)過200、120 kHz的MVBS差分處理后，分離出的海月水母和沙蟄MVBS回波映像圖分別見圖3(c)、(d)，海月水母的MVBS較沙蟄較低；圖3(e)為分離出的一般浮游動物等的MVBS回波映像圖。

圖3 頻差處理后的MVBS回波映像圖Fig.3 MVBS echogram of frequency difference processing

2.5 水母平均密度

圖4為2017年7月在CD調(diào)查斷面與8、9月在AB調(diào)查斷面測量的海月水母和沙蟄每小時(shí)的平均密度，以及潮流流速隨25 h調(diào)查時(shí)間的同步變化規(guī)律，坐標(biāo)右軸的流速正負(fù)代表潮流的方向，其中，正值為漲潮的東北向流，負(fù)值為落潮的西南向流。7月份海月水母和沙蟄的平均密度分別為9.79、2.30 ind./m2，8月份海月水母和沙蟄的平均密度分別為11.05、1.51 ind./m2，9月份海月水母和沙蟄的平均密度分別為0.82、0.32 ind./m2。除了7月份21∶00～5∶00間海月水母的密度與沙蟄基本相等以外，其他時(shí)間海月水母的密度均高于沙蟄的密度，7月份高出4～10倍，8月份高出7～10倍，9月份高出2～3倍。根據(jù)時(shí)間同步的潮流數(shù)據(jù)可知，伴隨著漲落潮周期潮流流速的逐漸增大和減小，海月水母和沙蜇的平均密度與流速均呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。將7、8、9月看作一個(gè)整體，海月水母和沙蜇的平均密度與潮流流速大小的相關(guān)系數(shù)分別為0.172 4、0.292 5，其中，海月水母的平均密度與流速大小在9月份相關(guān)性最強(qiáng)(R=0.508 1)，沙蜇的平均密度與流速大小在7月份相關(guān)性最強(qiáng)(R=0.466 6)。表2列出了7、8、9月份海月水母和沙蜇在日間及夜間的平均密度，通過對比兩者在日間及夜間的平均密度，可以看出，海月水母和沙蜇在夜間的平均密度明顯高于日間。

圖4 2017年7、8、9月調(diào)查水母的平均密度和海流流速Fig.4 Average density of jellyfish and current velocity in July, August, and September 2017

2.6 水母平均通量

2017年7、8、9月份調(diào)查斷面海月水母和沙蟄的平均通量如圖5所示，通量的正負(fù)代表潮流的方向，正、負(fù)值分別表示漲潮周期的東北方向和落潮周期的西南方向。海月水母的平均通量高于沙蜇，由于該海域潮流的流速、流向具有典型半日潮的周期變化特征，平均通量也體現(xiàn)出相同的周期性變化特征。

7月份漲潮周期海月水母通量的最大值出現(xiàn)在22:00、10:00和第2天的21:00，分別為7.75、11.03、17.62 ind./(s·m2)，落潮周期海月水母通量的最大值出現(xiàn)在4:00～5:00、17:00，分別為 -4.055、-6.81 ind./(s·m2)；漲潮周期沙蟄通量的最大值出現(xiàn)在23:00、10:00和第二天的21:00，分別為4.48、0.50、1.34 ind./(s·m2)，落潮周期沙蟄通量的最大值出現(xiàn)在4:00和16:00，分別為 -2.25、-0.77 ind./(s·m2)。

8月份漲潮周期海月水母通量的最大值出現(xiàn)在14:00和第2天的3:00～4:00，分別為3.26、13.03 ind./(s·m2)，落潮周期海月水母通量的最大值出現(xiàn)在22:00和第2天的9:00，分別為-16.33、-12.24 ind./(s·m2)；漲潮周期沙蟄通量的最大值出現(xiàn)在14:00和第二天的3:00—4:00，分別為 0.64、1.43 ind./(s·m2)，落潮周期沙蟄通量的最大值出現(xiàn)在20:00和第2天的9:00，分別為 -1.76、-1.70 ind./(s·m2)。

9月份漲潮周期海月水母通量的最大值出現(xiàn)在17:00和第2天的5:00，分別為0.94、1.04 ind./(s·m2)，落潮周期海月水母通量的最大值出現(xiàn)在11:00、22:00—23:00，分別為-0.64、-0.85 ind./(s·m2)；漲潮周期沙蟄通量的最大值出現(xiàn)在17:00和第二天的4:00，分別為0.35、0.32 ind./(s·m2)，落潮周期沙蟄通量的最大值出現(xiàn)在1:00和22:00～23:00，分別為-0.39、-0.26 ind./(s·m2)。

表3列出了7、8、9月份25 h 2次漲落潮周期內(nèi)海月水母和沙蟄的平均通量，以及漲落潮周期內(nèi)通量絕對值的比。結(jié)果顯示：7月份調(diào)查的CD斷面漲潮周期的通量高于落潮周期的通量，說明水母具有由南至北的流動特征，且海月水母相對沙蟄隨漲潮周期的流動性更強(qiáng)；8月份調(diào)查的AB斷面漲潮周期的通量低于落潮周期的通量，這說明水母具有由北至南的流動特征；9月份調(diào)查的AB斷面漲潮周期的通量與落潮周期的通量差距較小，這說明水母具有隨潮流往復(fù)流動的特征。

表3 25 h內(nèi)漲落潮周期水母平均通量及通量絕對值的比Tab.3 Mean flux and absolute flux ratio of jellyfish during flood tide to ebb tide cycles in 25 hours

2.7 遠(yuǎn)近岸水母分布

將2017年8、9月份調(diào)查的AB斷面平均劃分為距離紅沿河核電站取水口較近和較遠(yuǎn)的兩個(gè)區(qū)域，并對遠(yuǎn)近岸連續(xù)25 h的平均NASC值進(jìn)行對比。單程航線用時(shí)約2.5 h(圖6)。8月份近岸NASC的最大值為325.63 m2/n mile2，平均值為189.83 m2/n mile2；遠(yuǎn)岸NASC的最大值為614.08 m2/n mile2，平均值為250.79 m2/n mile2。9月份近岸NASC的最大值為157.56 m2/n mile2，平均值為94.45 m2/n mile2；遠(yuǎn)岸NASC的最大值為168.57 m2/n mile2，平均值為80.65 m2/n mile2。

3 討論

3.1 水母的通量測量

本研究中針對水母的弱游泳能力和漂浮特性，以及渤海灣東岸的潮流流動特征，結(jié)合目前國際較為流行的漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查評估方法和ADCP連續(xù)潮流測量方法，通過垂直斷面走航調(diào)查，首次實(shí)現(xiàn)了紅沿河沿岸海域水母密度和斷面通量的測量。結(jié)果顯示，水母密度與漲落潮的流速變化具有較好的相關(guān)性(圖4)，通過調(diào)查斷面水母的通量能夠較好地反映水母的流動趨勢(圖5)，證實(shí)了水母的通量可以作為核電站水母災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測的核心指標(biāo)。但是，由于水母具有一定的收張游泳能力，其漂移速度與潮流速度的一致性需要在今后的研究中修正和完善。同時(shí)，對于整個(gè)海域水母資源量的評估和時(shí)空分布研究，仍需要參考常規(guī)聲學(xué)調(diào)查方法，進(jìn)行調(diào)查區(qū)域的平行線走航調(diào)查[17]。

水母的通量測量主要是基于現(xiàn)場海域漲落潮過程具有較強(qiáng)的正壓性，即調(diào)查垂直斷面的流速流向較為均一的條件。借助于通量測量可以簡單有效地推定該海域水母的流動趨勢，因?yàn)榧僭O(shè)該海域的水母具有相同的密度，潮流的周期變化會使水母通量呈現(xiàn)與漲落潮相同的等振幅正弦周期規(guī)律(圖5 9月份)，即水母在原地做往復(fù)運(yùn)動。通量的正負(fù)振幅差異即為水母的流動方向(表3)。同時(shí)，由于核電站取水口為單一定常流向，利用聲學(xué)方法進(jìn)行的水母通量測量可以作為外來水母等冷源生物入侵預(yù)警的主要直接指標(biāo)。

3.2 水母的資源密度

水母的傳統(tǒng)資源調(diào)查方法以網(wǎng)具采樣為主，使用的網(wǎng)具包括底拖網(wǎng)、張網(wǎng)、定置網(wǎng)等[19-21]。其中，雖然底拖網(wǎng)選擇性相對小于其他網(wǎng)具，但其是聲學(xué)調(diào)查的重要輔助工具，并可協(xié)助完成回波信號的目標(biāo)組成識別和積分值分配等任務(wù)。本研究中由于通量的連續(xù)測量無法在調(diào)查中進(jìn)行網(wǎng)具采樣工作，因此，于次日使用其他船只及水母選擇性較強(qiáng)的多錨張網(wǎng)進(jìn)行水母采樣工作。該工作僅用于水母目標(biāo)種類的識別和判斷，不作為資源密度評估的依據(jù)。但是被動式張網(wǎng)的使用導(dǎo)致網(wǎng)具采集到的魚類樣品極少，結(jié)合夏季紅沿河附近海域魚類較少的現(xiàn)狀，未進(jìn)行魚類資源密度評估。在今后實(shí)際的水母資源聲學(xué)評估中，當(dāng)優(yōu)先選擇選擇性較小的拖網(wǎng)。

本研究表明，海月水母在8、9月份的密度明顯高于沙蟄(圖4)，該結(jié)果與紅沿河核電站夏季水母打撈和攔截的結(jié)果吻合較好，水母密度與漲落潮周期、流速具有相關(guān)性(圖4)，該結(jié)果與大潮周期冷源生物對核電站取水口威脅更大的現(xiàn)象相一致，即漂浮性冷源生物的密度會隨水流速度的增加而增加，形成通量快速增加的情況，對核電站取水口形成沖擊的疊加效應(yīng)，嚴(yán)重威脅核電站取水口的安全運(yùn)行。此外，遠(yuǎn)近岸的水母NASC值隨時(shí)間分布不均勻，即水母分布與距離核電站取水口的遠(yuǎn)近并無相關(guān)性，其具有隨機(jī)分布的特征(圖6)。因此，將來的水母聲學(xué)監(jiān)測站點(diǎn)可以選擇距離取水口較近的位置。

3.3 水母目標(biāo)強(qiáng)度與傘徑規(guī)格的對應(yīng)

由于水母在漂浮游動過程中傘徑會發(fā)生舒張變化，以及在不同流速下漂浮游動姿態(tài)的變化較大等原因，目標(biāo)強(qiáng)度會呈現(xiàn)出較大的變化特征[14]。本研究中現(xiàn)場實(shí)際測量的水母TS值根據(jù)模型轉(zhuǎn)換的傘徑規(guī)格與網(wǎng)具采樣水母傘徑規(guī)格差異較大，其主要是由于網(wǎng)具的規(guī)格選擇性導(dǎo)致小型水母的破碎，以及使用的水母TS與傘徑換算公式中的傘徑與網(wǎng)具采樣水母傘徑的測量方法略有差異所造成的。網(wǎng)具采樣測量的傘徑是水母離水后較為扁平的傘徑，而TS測量時(shí)的傘徑為活體水母在水中的傘徑，會比網(wǎng)具采樣的傘徑偏小[13-15]。因此，本研究中未使用網(wǎng)具采樣的傘徑規(guī)格進(jìn)行資源密度推算，同時(shí)由于水母不具有高密度集群的特征，單體目標(biāo)檢測效果較好(圖3)。海月水母和沙蟄在不同姿態(tài)和流場條件下的水母目標(biāo)強(qiáng)度變化的測定，以及與傘徑規(guī)格的關(guān)系等需要在今后開展研究。

3.4 沙蟄與海月水母的回波信號分離

本研究中參考國外海月水母和沙蟄目標(biāo)強(qiáng)度的頻率響應(yīng)特性，開發(fā)了海月水母、沙蟄和浮游動物的雙重頻差處理方法，并對以上混棲的3類目標(biāo)生物進(jìn)行了回波分離，分別獲得三者的MVBS(圖3)，實(shí)現(xiàn)了海月水母和沙蟄的密度測量。由于相同規(guī)格魚類的頻差特性在-1～0 dB，被沙蟄的頻差范圍所覆蓋，所以可能會有小型魚類的SV信號混入沙蟄里，存在沙蟄資源被過高評估的可能性,且在8月份的單體目標(biāo)強(qiáng)度檢測中發(fā)現(xiàn)有較少小型魚類存在，因此，如何提高小型魚類和沙蟄回波分離的精度，需要在今后的研究中進(jìn)行具體分析。Yoon等[17]使用DWBA模型進(jìn)行120、38 kHz的頻差處理，獲得在水母傘徑脈動狀態(tài)下-1.5～2.2 dB的結(jié)果。由于Yoon等未給出RTS的頻率特征，本研究中按以往實(shí)測海月水母的RTS頻率特征結(jié)果和實(shí)際采樣水母的平均傘徑進(jìn)行頻差參考值的確定[13-16]。考慮到頻率的差值范圍和水母的規(guī)格差異，本研究中選擇的海月水母頻差參數(shù)還是相對可靠的。

4 結(jié)論

1) 本研究中使用聲學(xué)技術(shù)首次在紅沿河核電站附近海域進(jìn)行了25 h、10 n mile長垂直斷面的水母資源密度和通量的連續(xù)測量，并首次利用聲學(xué)頻差技術(shù)進(jìn)行了海月水母和沙蟄的回波信號分離，為聲學(xué)評估提供技術(shù)手段。

2)水母的通量與漲落潮流速變化具有相關(guān)性，可較好反映水母的漂移運(yùn)動趨勢，能夠作為核電站冷源生物監(jiān)測預(yù)警的關(guān)鍵性指標(biāo)。

3) 水母在取水口外側(cè)海域具有隨機(jī)分布的特性，無遠(yuǎn)近岸的空間差異性，適合聲學(xué)浮標(biāo)的定點(diǎn)長期監(jiān)測。