Akustikk og fiskeåtferd: korleis kan vi observera åtferd og kva finn vi ut? Nils Olav Handegard

Transkript

1 Akustikk og fiskeåtferd: korleis kan vi observera åtferd og kva finn vi ut? Nils Olav Handegard

2 Ting eg har lurt på Korleis oppfører fisken seg i høve til det fysiske miljøet? Kor dynamisk er ein fiskestim? Kva skjer med symjemønsteret når symjeblæra vert trykt saman? Kva er dynamikken mellom predatorar og byttedyr? Korleis oppfører fisk når eit fartøy nærmar seg og kvifor bør vi bry oss om det?

3 Ting eg har lurt på Korleis oppfører fisken seg i høve til det fysiske miljøet? Kor dynamisk er ein fiskestim? Kva skjer med symjemønsteret når symjeblæra vert trykt saman? Kva er dynamikken mellom predatorar og byttedyr? Korleis oppfører fisk når eit fartøy nærmar seg og kvifor bør vi bry oss om det? Korleis reagerer fisk på ulike støykjelder?

4 The beginning In 1490 Leonardo Da Vinci wrote: "If you cause your ship to stop and place the head of a long tube in the water and place the outer extremity to your ear, you will hear ships at a great distance from you.

5 Paul Langevin ( ), French physicist His most famous work was in the use of ultrasound using Pierre Curie's piezoelectric effect. During World War I, he began working on the use of these sounds to detect submarines through echo location. However the war was over by the time he had it operational (wikipedia). Albert Einstein, Paul Ehrenfest, Paul Langevin, Heike Kamerlingh Onnes, and Pierre Weiss at Ehrenfest's home in Leiden

6 Echo Sounding Nature, 1925, 115, p

7 Further progress 1927 The French navigator Railley du Baty reported unexpected sounder signals midwater 1933 Skipper Ronnie Balls experimented with echo sounders 1934 First schools detected by echo sounders published by skipper Reinert Bokn using British echo sounders (Admirality sounder, wrote on paper)

8 Echo Sounding in Fishery Research O.Sund, Nature, 1935, Vol 135, p 953

9 Ting eg har lurt på Korleis oppfører fisken seg i høve til det fysiske miljøet? Kor dynamisk er ein fiskestim? Kva skjer med symjemønsteret når symjeblæra vert trykt saman? Kva er dynamikken mellom predatorar og byttedyr? Korleis oppfører fisk når eit fartøy nærmar seg og kvifor bør vi bry oss om det?

10 Average month

11 Frequencies: Hz Spatial scales: ~100 km Requires ocean waveguide

12 Fish schools (Jagannathan et al, 2010)

13 Swimming against the flow Aggregation Swimming Current Drifting

14 Ting eg har lurt på Korleis oppfører fisken seg i høve til det fysiske miljøet? Kor dynamisk er ein fiskestim? Kva skjer med symjemønsteret når symjeblæra vert trykt saman? Kva er dynamikken mellom predatorar og byttedyr? Korleis oppfører fisk når eit fartøy nærmar seg og kvifor bør vi bry oss om det?

15 Fin whales pursuing herring at night From Leif Nøttestad Simrad SA 950 multibeam sonar Nøttestad et al. 2002

16 Range = 50 m Axelsen et al N = ind/m3 Reson Seabat sonar (455 khz) Axelsen et al. 2001

17 Multi beam sonars Multiple beams School size and structure Typical range is 500m Simrad MS70: 500 individual beams

18 Courtesy: Arne Johannes Holmin

19 Arne s work Courtesy: Arne Johannes Holmin

20 Ting eg har lurt på Korleis oppfører fisken seg i høve til det fysiske miljøet? Kor dynamisk er ein fiskestim? Kva skjer med symjemønsteret når symjeblæra vert trykt saman? Kva er dynamikken mellom predatorar og byttedyr? Korleis oppfører fisk når eit fartøy nærmar seg og kvifor bør vi bry oss om det?

21 TS-sonde Drop sonde

22 The split-beam echosounder

23 Within school behaviour Lowering the transducer* into the school Within school echogram *Simrad EK60 echo sounder with a ES38DD Split beam transducer (pressure stabilized)

24

25

26 Estimating tailbeat frequency Handegard et al. (in press) ICES Journal of Marine Science, in press

27

28 I m 8 x 10-4 Depth: F (Hz) 8 x 10-5 Depth:200 I m 6 x 10-4 Depth: F (Hz) 8 x 10-5 Depth:245 I m 6 x 10-4 Depth: F (Hz) 8 x 10-5 Depth: I m 4 I m 4 I m F (Hz) F (Hz) F (Hz) 8 x 10-5 Depth:350 6 I m F (Hz)

29 Ting eg har lurt på Korleis oppfører fisken seg i høve til det fysiske miljøet? Kor dynamisk er ein fiskestim? Kva skjer med symjemønsteret når symjeblæra vert trykt saman? Kva er dynamikken mellom predatorar og byttedyr? Korleis oppfører fisk når eit fartøy nærmar seg og kvifor bør vi bry oss om det? Korleis reagerer fisk på ulike støykjelder?

30 Observations Sonar was deployed in shallow coastal waters (<2m depth) in Gulf of Mexico.

31 Observations DIDSON sonar positioned 12 m from marsh edge

32 DIDSON sonar High-frequency mode (1.8 MHz) Collected at ~7 frames per second Range ~10 m Beam configuration (~-3dB): Across: 96x0,3 deg (5 10m) Vertical : 14 deg (140 10m) Range: 2 cm Marsh Edge

33 Handegard 1,2, Boswell 3, LeBlanc 2 & Couzin 2. In prep. 1 Institute of Marine Research, Norway 2 Princeton University, US 3 Louisiana State University, US

34 Predator-predator interaksjonar Results Predator-byttedyr interaksjonar θ φ Korrelasjonslengder

35 Ting eg har lurt på Korleis oppfører fisken seg i høve til det fysiske miljøet? Kor dynamisk er ein fiskestim? Kva skjer med symjemønsteret når symjeblæra vert trykt saman? Kva er dynamikken mellom predatorar og byttedyr? Korleis oppfører fisk når eit fartøy nærmar seg og kvifor bør vi bry oss om det?

36 Fish behaviour and sampling The behaviour I Behaviour before the arrival of the vessel II Reaction close to the vessel III Reaction to the gear IV Selectivity to trawl (net, gear, mesh, etc) How does it affect the surveys?

37 Observing fish behaviour 54 passings 23k tracks

38 Observing fish behaviour

39

40

41 P(within echo beam)

42 P(available to trawl)

43 Avoidance

44 Avoidance Vabø et al. (2001)

45 Avoidance Vabø et al. (2001)

46 Avoidance Noise reduced vessel seemed to help Recommended by ICES

47 Avoidance R/V G.O.Sars R/V Johan Hjort EK60 / ADCP / Hydrophone

48 Silent vessels are not quiet Ona et al. (2007)

49 Vessel comparisons End of story?...

50 NOAA Fisheries vessel comparison Side by side (entire survey) 0.5 nmi Separation Echosounder buoy NOAA Fisheries Alaska Fisheries Science Center Seattle, USA Alex De Robertis, Christopher Wilson and Neal Williamson

51 OD higher Side-by-side vessel backscatter ratio (OD/MF) Vessel ratio (OD / MF) Mean, 95% CI mean, 95% CI Day All data Night 0.8 Experiment EBS (2006) EBS (2008) Shumagins Shelikof Bogoslof Fish depth m m m m m

52 Buoy confirmation: pollock react differentially to OD and MF (Sh 25 m MF approaches OD approaches Depth 75 m 125 m 175 m -300 sec (1 nmi) CPA (arrival) +300 sec (1 nmi) -300 sec (1 nmi) CPA (arrival) +300 sec 1 nmi Change from Ref. (S A,t / S A,ref ) Average Pollock change backscatter in backscatter during relative vessel to passage undisturbed - upper (upper 125m 125 m) Ref. Rxn. start ~ 300 m CPA MF mean ±1 SE (n=7) OD mean ±1 SE (n=6) Change at CPA OD=0.85 (n.s) MF=0.71 (p<0.01) Time relative to CPA (sec) Analysis following Vabø et al. (2002)

53 TS drops during vessel reaction: OD TS >> MF TS Buoy Echosounder OD higher Vessel Echosounders 2 nmi 5 Single targets - 18 khz bs,od / bs,mf p < p < TS drop during MF passage (40 log R echogram) Shumagin EBS

54 Avoidance Nature of vessel stimuli and fish responses remain poorly understood Expect vessel differences Measurement of vessel avoidance is much easier than predicting fish decision-making Observe bias indicators on a routine basis: Vertical distribution, avoidance, gear performance This is also relevant when using survey indices!

55 Ting eg lurer på

56 Exploiting bandwidth From individual to population Herring behaviour at sub population scale Makris et al Krill behaviour at cm scale Klevjer & Kaartvedt, University of Oslo.