日本鳀水平目标强度(TS)的声呐测量模型构建及其在渔业资源评估中的应用价值

针对日本鳀(Engraulis japonicus)水平目标强度(TS)测量不准确影响声呐资源评估的问题，研究人员采用系留法结合长椭球模型，在28?kHz频率下测定不同俯仰角(0°、10°、20°)的TS特征。发现20°以内浅俯仰角最适合作业，鱼群偏航角分布对侧向TS影响显著，为定量扫描声呐技术优化提供关键参数。

　　

在海洋生态系统监测和渔业资源管理中，如何准确评估小型中上层鱼类种群数量始终是科学界的难题。日本鳀(Engraulis japonicus)作为全球渔业产量最高的物种之一，其生物量波动直接影响海洋食物网稳定性。传统回声探测仪因声束扩散不足和船舶回避效应导致近场测量误差，而新兴的定量扫描声呐技术虽能扩大监测范围，却面临水平目标强度(Target Strength, TS)数据缺失的瓶颈——特别是对于具有开放式游泳气囊(physostomous swim bladder)的鳀科鱼类，其特殊生理结构使得自然状态TS测量异常困难。

针对这一技术空白，北海道大学的研究团队创新性地将系留法(tethering method)与长椭球模型(prolate spheroidal model)相结合，在函馆市臼尻渔港专用驳船上开展系列实验。通过28?kHz频率的ETR30N网络回声探测仪，首次系统测定了日本鳀在0°、10°和20°俯仰角(depression angle)下的水平TS特征，相关成果发表于《Fisheries Research》。

关键技术方法包括：1) 系留法测量：在渔港驳船固定实验平台，采用钨碳合金球校准设备，水平发射超声波并记录鱼体旋转时的TS数据；2) 模型构建：基于游泳气囊形态学观察建立长椭球声学散射模型；3) 模拟分析：量化俯仰角分布、鱼群个体朝向(特别是偏航角yaw angle)对侧向TS的影响。

【Horizontal TS via a tethering method】
实验数据显示，日本鳀TS最大值出现在偏航角0°附近(-61.9至-60.8?dB)，随偏航角增大至±30-40°显著降低。游泳气囊的轴对称特征解释了该现象，其贡献超过90%的声散射强度。

【Horizontal TS characteristics of Japanese anchovy】
标准化最大TS值在0°、10°和20°俯仰角下分别为-61.9、-62.3和-60.8?dB。值得注意的是，俯仰角增大会导致TS方向性变尖锐，但10°与20°俯仰角的偏航角特性曲线无显著差异。

【Horizontal TS obtained by the tethering method】
模型验证表明，鱼群俯仰角分布和个体朝向对侧向TS影响微弱，而偏航角分布具有决定性作用。这提示在声呐资源调查中，20°以内的浅俯仰角能获得最优数据，但需开发精确测定鱼群偏航角分布的新方法。

该研究首次建立了日本鳀水平TS的标准化测量体系，证实长椭球模型能有效预测实际TS特征。特别重要的是，发现偏航角而非俯仰角是影响侧向TS的主要因素，这一结论革新了传统声呐调查的参数设置原则。研究成果为定量扫描声呐技术在渔业资源评估中的标准化应用提供了理论依据，对实现《联合国可持续发展目标》中"水下生物保护"的监测需求具有实践意义。文末作者Naizheng Yan等强调，未来需结合计算机视觉技术开发鱼群三维运动追踪系统，以进一步提升TS测量的时空分辨率。