Acoustic Observation of Zooplankton Using High Frequency Sonar

Abstract

Teknik sampling zooplankton menggunakan metode akustik bawah air memiliki keuntungan dibandingkan menggunakan jaring tradisional. Penelitian ini menghasilkan kerangka kerja dan metodologi untuk ekstraksi informasi biologi dan fisika menggunakan sonar frekuensi tinggi. Teknologi akustik dengan mudah menghasilkan informasi distribusi spasial dan temporal zooplankton. Untuk membandingkan data zooplankton yang diperoleh menggunakan instrumen sonar, pemodelan hamburan propagasi gelombang akustik berbasis fisika dilakukan dengan komputasi numerik. Pemodelan akustik dilakukan menggunakan Distorted-Wave Born Approximation (DWBA) yang digunakan untuk biota penghambur yang kecil. Hasil pengukuran dan pemodelan DWBA menunjukkan bahwa level hamburan dipengaruhi oleh orientasi dari zooplankton. Selain itu, hamburan balik akustik dari zooplankton ditentukan oleh sifat-sifat material target seperti kecepatan suara dan densitas, bentuk, ukuran, dan orientasi gelombang akustik yang mengenai zooplankton. Model DWBA dapat meningkatkan ketelitian dan ketepatan pengukuran biomassa zooplankton menggunakan metode akustik. Analisis data pengukuran dan model DWBA menyediakan basis data untuk studi akustik lanjutan

Underwater acoustic sampling techniques provide an advantage over traditional net-sampling for zooplankton research. The research presents a methodology for extracting both biological and physical information from high frequency sonar. These methods can easily provide the information that will improve our understanding of the spatial and temporal distribution of zooplankton. Measured acoustic data converted into biological organisms and numerical physics-based scattering models were used in this research. The numerical backscattering process was modeled using the Distorted-Wave Born Approximation (DWBA) to predict the amount of sound scattered by a weakly scattering animal. Both acoustic measurement and DWBA modeled scattering patterns showed that acoustic scattering levels are highly dependent on zooplankton orientation. The acoustic backscattering from zooplankton depends on the material properties (i.e. the sound speed and density of the zooplankton), the shape and size, and the orientation relative to the incident acoustic wave. DWBA model significantly improve the accuracy and precision of zooplankton acoustic surveys. Zooplankton data measurement and DWBA model analysis provide a basis for future acoustical studies.