الصوتيات في مصايد الأسماك

يشمل علم الصوتيات في مصايد الأسماك مجموعة واسعة من المواضيع البحثية والتطبيقية العملية التي تستخدم الأجهزة الصوتية كمستشعرات في البيئات المائية . ويمكن تطبيق التقنيات الصوتية لاستشعار الحيوانات المائية ، والعوالق الحيوانية ، والخصائص الفيزيائية والبيولوجية للموائل .

يُعدّ تقدير الكتلة الحيوية طريقةً للكشف عن الأسماك والكائنات البحرية الأخرى وتحديد كمياتها باستخدام تقنية السونار . ^{[ 1 ]} يُصدر محوّل الطاقة الصوتي نبضةً صوتيةً قصيرةً ومركزةً في الماء. إذا اصطدم الصوت بأجسامٍ ذات كثافةٍ مختلفةٍ عن الوسط المحيط، كالأسماك، فإنها تعكس جزءًا من الصوت عائدًا إلى المصدر. توفر هذه الأصداء معلوماتٍ عن حجم الأسماك وموقعها ووفرتها . تتمثل الوظائف الأساسية لجهاز السونار العلمي في إرسال الصوت واستقباله وترشيحه وتضخيمه وتسجيله وتحليله. على الرغم من وجود العديد من الشركات المصنّعة لأجهزة كشف الأسماك المتوفرة تجاريًا، إلا أن التحليل الكمي يتطلب إجراء القياسات باستخدام أجهزة سونار مُعايرة ذات نسب إشارة إلى ضوضاء عالية .

بعد الحرب العالمية الأولى، عندما استُخدم السونار لأول مرة للكشف عن الغواصات، بدأت أجهزة قياس الأعماق بالصدى تجد استخدامات خارج المجال العسكري. فقد أبلغ المستكشف الفرنسي رالييه دو باتي عن أصداء غير متوقعة في المياه المتوسطة، والتي عزاها إلى أسراب الأسماك، في عام 1927. وفي عام 1929، أبلغ العالم الياباني كيمورا عن اضطرابات في حزمة صوتية مستمرة بسبب أسماك الدنيس التي تسبح في بركة للاستزراع المائي. ^{[ 3 ]}

في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، بدأ صيادان تجاريان، هما الإنجليزي رونالد بولز والنرويجي راينرت بوكن، تجارب مستقلة باستخدام أجهزة قياس الأعماق الصوتية كوسيلة لتحديد مواقع الأسماك. وكانت الآثار الصوتية لأسراب سمك الرنجة التي سجلها بوكن في فرافورد بالنرويج أول مخطط صوتي للأسماك يُنشر. ^{[ 4 ]} وفي عام 1935، أبلغ العالم النرويجي أوسكار سوند عن مشاهداته لأسراب سمك القد من سفينة الأبحاث يوهان هيورت، ^{[ 5 ]} مسجلاً بذلك أول استخدام لتقنية قياس الأعماق الصوتية في أبحاث مصايد الأسماك.

شهدت تقنيات السونار تطورًا سريعًا خلال الحرب العالمية الثانية، وسرعان ما اعتمد الصيادون التجاريون والعلماء المعدات العسكرية الفائضة بعد انتهاء الحرب. وشهدت هذه الفترة أول تطوير لأجهزة مصممة خصيصًا لرصد الأسماك. ومع ذلك، استمرت أوجه عدم اليقين الكبيرة في تفسير المسوحات الصوتية: فقد كان معايرة الأجهزة غير منتظمة وغير دقيقة، وكانت خصائص تشتت الصوت لدى الأسماك والكائنات الحية الأخرى غير مفهومة جيدًا. وبدايةً من سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، بدأت سلسلة من الدراسات العملية والنظرية في التغلب على هذه القيود. كما ظهرت في هذه الفترة تطورات تكنولوجية مثل أجهزة قياس الأعماق بالصدى ذات الحزمة المنقسمة، ومعالجة الإشارات الرقمية، والشاشات الإلكترونية.

تُستخدم المسوحات الصوتية حاليًا في تقييم وإدارة العديد من مصائد الأسماك حول العالم. وتُعدّ أجهزة قياس الأعماق الصوتية ذات الحزمة المنقسمة والمعايرة هي المعدات القياسية. غالبًا ما تُستخدم عدة ترددات صوتية في آنٍ واحد، مما يسمح بالتمييز بين أنواع مختلفة من الحيوانات. ويستمر التطوير التكنولوجي، بما في ذلك الأبحاث في مجال أجهزة السونار متعددة الحزم، وواسعة النطاق، والبارامترية.

تُجرى أبحاث الصوتيات في مجال مصايد الأسماك من منصات متنوعة. وأكثرها شيوعًا سفينة الأبحاث التقليدية، حيث تُثبّت أجهزة قياس الأعماق الصوتية على هيكل السفينة أو في عارضة القاع. وإذا لم تكن السفينة مزودة بأجهزة قياس الأعماق الصوتية بشكل دائم، فيمكن نشرها على حامل مثبت على جانب السفينة، أو على جسم مجرور أو "سمكة جر" تُسحب خلف السفينة أو بجانبها. وتُعدّ الأجسام المجرورة مفيدة بشكل خاص لدراسة الأسماك التي تعيش في الأعماق، مثل سمكة البرتقال الخشنة ، التي تعيش عادةً على عمق أقل من مدى جهاز قياس الأعماق الصوتية على السطح.

إضافةً إلى سفن الأبحاث، يمكن جمع البيانات الصوتية من مجموعة متنوعة من السفن المتاحة، مثل سفن الصيد والعبّارات وسفن الشحن. توفر هذه السفن إمكانية جمع البيانات بتكلفة منخفضة على مساحات واسعة، إلا أن غياب تصميم مسح دقيق قد يُصعّب تحليل هذه البيانات. في السنوات الأخيرة، تم أيضاً نشر أجهزة صوتية على مركبات يتم تشغيلها عن بُعد ومركبات غاطسة ذاتية التشغيل، فضلاً عن استخدامها في مراصد المحيطات.

قوة الهدف (TS) هي مقياس لمدى قدرة السمكة أو العوالق الحيوانية أو أي هدف آخر على تشتيت الصوت عائدًا إلى المحول. عمومًا، تتمتع الحيوانات الأكبر حجمًا بقوة هدف أكبر، مع أن عوامل أخرى، مثل وجود أو عدم وجود مثانة هوائية مملوءة بالغاز لدى الأسماك، قد يكون لها تأثير أكبر بكثير. تُعد قوة الهدف ذات أهمية بالغة في علم الصوتيات السمكية، إذ تربط بين التشتت الصوتي العكسي والكتلة الحيوية للحيوان. يمكن اشتقاق قوة الهدف نظريًا لأهداف بسيطة كالكرات والأسطوانات، ولكن عمليًا، تُقاس عادةً تجريبيًا أو تُحسب باستخدام نماذج عددية.

في استخدام أجهزة قياس الأعماق الصوتية العلمية لتقدير الكتلة الحيوية، تُعد معايرة الجهاز ضرورية، إذ توفر قوة الإشارة المستهدفة تقديرًا للكتلة الحيوية الحيوانية، والتي بدورها تُستخدم لتقدير المخزون السمكي وتنظيم مصائد الأسماك. ويتم ذلك عادةً باستخدام أجسام ذات استجابة ترددية معروفة، تُعرف باسم كرات المعايرة. قد تُصنع هذه الكرات من النحاس أو كربيد التنجستن، وتكون ذات حجم محدد وفقًا للتشتت الخلفي والاستجابة الترددية المطلوبة. تُربط هذه الكرات بخيط صيد أحادي الشعيرة رفيع، قوي بما يكفي لحمل الكرة ولكنه رفيع بما يكفي لتقليل التشتت الخلفي غير المرغوب فيه. بتحريك الكرة داخل الحزمة الصوتية لمحول طاقة معين، يقوم برنامج جهاز قياس الأعماق الصوتية بتصحيح قوة الإشارة المستهدفة المرصودة على مساحة محول الطاقة. وتُكرر هذه العملية لجميع محولات الطاقة وأشكال النبضات حسب الحاجة. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

المسوحات، تقييم المخزون، الإدارة، علم البيئة والسلوك

• طبقة تشتت عميقة

• Fish MP and Mowbray WH (1970) Sounds of western North Atlantic fishs; a reference file of biological water sounds Johns Hopkins Press.

• تعداد الحياة البحرية - التكنولوجيا الصوتية
• أبحاث الصوتيات في مصايد الأسماك ، جامعة واشنطن.
• فك رموز الصوتيات: دليل عام لاستخلاص تقديرات الوفرة من بيانات الصوتيات المائية