目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查中華白海豚的比較研究

中華白海豚（Sousachinensis），1988年被國(guó)家列為一級(jí)保護(hù)動(dòng)物，2017年被世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）紅色名錄評(píng)為易危物種。目前，我國(guó)有中華白海豚4000~5000頭，其中近2500頭分布在珠江口水域。過(guò)去中華白海豚和鯨類的調(diào)查方法多采用傳統(tǒng)目視法進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測(cè)，但近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的研究者開(kāi)始采用被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行鯨類物種的調(diào)查研究。與傳統(tǒng)的目視調(diào)查方法相比，被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)能夠在惡劣的天氣條件下、動(dòng)物在水下活動(dòng)以及光線不佳的情況下檢測(cè)到動(dòng)物，增加動(dòng)物被檢測(cè)到的機(jī)會(huì)和效率。

本研究在對(duì)珠江口北部的中華白海豚進(jìn)行船基的目視和聲學(xué)截線調(diào)查監(jiān)測(cè)進(jìn)行比較。采用中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院開(kāi)發(fā)的回聲定位信號(hào)檢測(cè)程序來(lái)檢測(cè)中華白海豚的回聲信號(hào)，并對(duì)其效率進(jìn)行評(píng)估和比較。本調(diào)查和比較可以為中華白海豚的保護(hù)和管理提供更準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)，有助于更科學(xué)和推動(dòng)該物種的監(jiān)測(cè)。

一、調(diào)查監(jiān)測(cè)方法

從2022年8月至2023年2月，在珠江口中華白海豚國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)及其周邊海域同時(shí)進(jìn)行了目視法和被動(dòng)聲學(xué)截線調(diào)查。此次調(diào)查是由廣東珠江口中華白海豚國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局和中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院合作完成的，使用保護(hù)區(qū)提供的一艘7.8巡護(hù)快艇。所有的調(diào)查都是從唐家灣碼頭出發(fā)，當(dāng)天返回。調(diào)查以8~10節(jié)的航速進(jìn)行，調(diào)查截線涵蓋珠江口北部淇澳島至港珠澳大橋之間的水域。1.目視調(diào)查目視調(diào)查時(shí)間一般從早上6點(diǎn)開(kāi)始至下午5點(diǎn)。記錄事件的時(shí)間和經(jīng)緯度信息，包括開(kāi)始、結(jié)束、海況和航向變化等。使用手持GPS測(cè)量經(jīng)緯度、航速、航向和航程。觀察團(tuán)隊(duì)有兩名觀察員分別在船的兩側(cè)，以船頭為0度，搜索-90度到90度的海面。觀察人員每30分鐘輪換一次，以避免疲勞。當(dāng)發(fā)現(xiàn)海豚群時(shí)，觀察員報(bào)告距離和方位，并使用高速單反相機(jī)拍攝海豚背鰭照片以用于個(gè)體識(shí)別。記錄海豚群的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，包括發(fā)現(xiàn)時(shí)間、經(jīng)緯度、角度、目測(cè)距離、個(gè)體數(shù)、體色組成和行為。體色組成包括無(wú)斑點(diǎn)幼體（UC）、無(wú)斑點(diǎn)青年個(gè)體（UJ）、斑點(diǎn)青年個(gè)體（SJ）、斑點(diǎn)成年個(gè)體（SS）、少斑點(diǎn)成年個(gè)體（SA）和無(wú)斑點(diǎn)成年個(gè)體（UA）六個(gè)類別。▲出海調(diào)查活動(dòng)

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水聽(tīng)器、保護(hù)區(qū)巡護(hù)艇

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調(diào)查發(fā)現(xiàn)的中華白海豚，調(diào)查發(fā)現(xiàn)的中華白海豚2.被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)目視調(diào)查和被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行。使用拖曳式水聽(tīng)器在深度超過(guò)3米的水域連續(xù)記錄水下海豚聲音信號(hào)并實(shí)時(shí)傳輸回甲板單元。該拖曳式水聽(tīng)器在水深超過(guò)3米的水域進(jìn)行布放，并在船只后方50米處拖曳，在船只航行時(shí)位于水下1米左右。水聽(tīng)器元件靈敏度為-170dBre1V/μPa，工作頻帶范圍為20Hz~200kHz，2kHz以上頻段工作自噪聲小于35dBre1μPa。甲板單元由PoE（PoweroverEthernet）傳輸/供電模塊和運(yùn)行中華白海豚回聲定位信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)程序的JetsonXavierNX計(jì)算機(jī)組成。發(fā)現(xiàn)中華白海豚回聲定位信號(hào)后，程序會(huì)自動(dòng)記錄發(fā)現(xiàn)時(shí)間?！?/p>

航跡圖

二、結(jié)果與分析

本研究共進(jìn)行了3個(gè)截線調(diào)查航次，其中3個(gè)航次進(jìn)行了被動(dòng)聲學(xué)調(diào)查（表1），包括19小時(shí)13分鐘的目視調(diào)查和19小時(shí)13分鐘的聲學(xué)調(diào)查結(jié)果。目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查的時(shí)間為19小時(shí)13分鐘。沒(méi)有校正影響觀測(cè)效率的潛在因子，只顯示了中華白海豚在珠江口北部的空間聚集和對(duì)淇澳島近岸水域的偏好。1.目視調(diào)查結(jié)果基于8次確認(rèn)的目擊發(fā)現(xiàn)，海豚群體通常很小，每次目擊發(fā)現(xiàn)平均觀察到6頭中華白海豚。大多為成年海豚和幼年海豚組成的母子對(duì)或群體，其中少部分為單獨(dú)活動(dòng)的成年或幼年中華白海豚。2.聲學(xué)監(jiān)測(cè)結(jié)果在被動(dòng)聲學(xué)調(diào)查中總共檢測(cè)到9次中華白海豚回聲定位信號(hào)事件（以10min作為事件時(shí)間間隔），每次事件的檢測(cè)次數(shù)從1次到1212次（平均值：571）。使用Ravenpro1.6軟件檢查相關(guān)的“.wav”聲音文件數(shù)據(jù)，人工驗(yàn)證檢測(cè)到的4642次中華白海豚回聲定位信號(hào)。其中，4580次為真陽(yáng)性檢測(cè)，假陽(yáng)性檢測(cè)的數(shù)量很低，僅有62次，占總陽(yáng)性檢測(cè)次數(shù)的1.3%（表2）。3.對(duì)比分析在所有截線調(diào)查航次中，中華白海豚的總體遇見(jiàn)率為0.4226群/小時(shí)（目視）和0.4628群/小時(shí)（聲學(xué)）。因此，聲學(xué)調(diào)查（n=8）的海豚觀測(cè)效率高于目視調(diào)查（n=9），聲學(xué)發(fā)現(xiàn)率是目視發(fā)現(xiàn)率的1.125倍（表3）。在目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查航次中，共有8次目視調(diào)查目擊發(fā)現(xiàn)和9次聲學(xué)調(diào)查檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其中大多數(shù)海豚都可被目視和聲學(xué)調(diào)查方法共同發(fā)現(xiàn)。目視發(fā)現(xiàn)的海豚都可被聲學(xué)系統(tǒng)100%檢測(cè)到，但聲學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)中有11.11%被目視調(diào)查遺漏。在目視和聲學(xué)調(diào)查方法共同發(fā)現(xiàn)的海豚事件中，大多數(shù)發(fā)現(xiàn)（88.89%）聲學(xué)調(diào)查比目視調(diào)查提前發(fā)現(xiàn)海豚活動(dòng)，聲學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)時(shí)間平均比目視調(diào)查提前7.9分鐘（表4）。

三、討論近年來(lái)，我國(guó)多家研究機(jī)構(gòu)采用被動(dòng)聲學(xué)開(kāi)展中華白海豚或鯨類的監(jiān)測(cè)，在長(zhǎng)江江豚等小型齒鯨的回聲定位信號(hào)的監(jiān)測(cè)中已經(jīng)很成熟。這得益于技術(shù)進(jìn)步和高采樣率（即250kHz及以上）的精密聲學(xué)設(shè)備價(jià)格的降低。本項(xiàng)目的調(diào)查監(jiān)測(cè)是近年來(lái)首次在珠江口區(qū)域同時(shí)進(jìn)行目視和聲學(xué)監(jiān)測(cè)的鯨豚類截線調(diào)查，調(diào)查中還首次使用新開(kāi)發(fā)的聲學(xué)自動(dòng)化檢測(cè)程序進(jìn)行實(shí)時(shí)被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)。1.目視法與被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)法的優(yōu)缺點(diǎn)傳統(tǒng)的目視法調(diào)查監(jiān)測(cè)中華白海豚，可以很好的獲得中華白海豚的數(shù)量、分布與棲息地偏好，但對(duì)數(shù)據(jù)量要求較大，存在可得性偏差（如動(dòng)物在水面以下時(shí)）和感知偏差（如惡劣海況造成的偏差）。實(shí)際觀測(cè)中，我們?cè)龅铰晫W(xué)儀器發(fā)出警報(bào)后很長(zhǎng)一段時(shí)間后才觀測(cè)到海豚出現(xiàn)或者并未觀測(cè)到海豚出現(xiàn)，推測(cè)可能是當(dāng)海豚長(zhǎng)期潛水不上浮換氣時(shí)我們難以肉眼觀察到它的出現(xiàn)或大氣能見(jiàn)度較低時(shí)不易觀察到距船只較遠(yuǎn)的海豚。自動(dòng)檢測(cè)程序的發(fā)展極大地促進(jìn)了鯨類聲學(xué)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，在調(diào)查中使用了中華白海豚回聲定位信號(hào)檢測(cè)程序，根據(jù)檢測(cè)到的回聲定位信號(hào)數(shù)量、信號(hào)特征以及信號(hào)間隔對(duì)聲學(xué)檢測(cè)事件進(jìn)行識(shí)別。通過(guò)人工檢查聲音文件數(shù)據(jù)表明，該程序?qū)ξ覀兊臄?shù)據(jù)非常有效，能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別中華白海豚回聲定位信號(hào)，克服了船基目視法受光線、海況和極端天氣影響大、無(wú)法對(duì)夜間和惡劣天氣狀況下的鯨豚類活動(dòng)進(jìn)行調(diào)查的缺陷。我們將聲學(xué)調(diào)查（0.4628群/小時(shí)）比目視調(diào)查（0.4226群/小時(shí)）的海豚遇見(jiàn)率更高歸因于被動(dòng)聲學(xué)的使用有助于減少可得性偏差和感知偏差并提高檢測(cè)率，但前提是鯨目動(dòng)物在檢測(cè)范圍內(nèi)發(fā)聲。而在實(shí)際走航過(guò)程中，我們?cè)?jīng)遇到看到海豚出現(xiàn)但聲學(xué)儀器并未響應(yīng)的情況，這種情況通常出現(xiàn)在觀察到單頭海豚的時(shí)候。我們分析造成該情況的原因是海豚背離水聽(tīng)器方向發(fā)聲或海豚與水聽(tīng)器距離過(guò)遠(yuǎn)。2.目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查可提高監(jiān)測(cè)效率對(duì)目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查數(shù)據(jù)的分析表明，聲學(xué)監(jiān)測(cè)法能先于目視法檢測(cè)到海豚，但兩種調(diào)查方法都可能遺漏從船只旁邊經(jīng)過(guò)的海豚。船基調(diào)查的聲學(xué)探測(cè)范圍取決于信號(hào)源強(qiáng)度、船只速度和環(huán)境噪聲等。據(jù)報(bào)道，大型齒鯨（如抹香鯨Physetermacrophalus）的最大聲學(xué)探測(cè)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了可能的視覺(jué)范圍。然而，與大型齒鯨（如抹香鯨）相比，中華白海豚這種小