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年被國家列為一級保護動物，2017年被世界自然保護聯(lián)盟（IUCN）紅色名錄評為易危物種。目前，我國有中華白海豚4000~5000頭，其中近2500頭分布在珠江口水域。過去中華白海豚和鯨類的調(diào)查方法多采用傳統(tǒng)目視法進行調(diào)查監(jiān)測，但近年來，隨著科技的發(fā)展，越來越多的研究者開始采用被動聲學(xué)監(jiān)測方法進行鯨類物種的調(diào)查研究。與傳統(tǒng)的目視調(diào)查方法相比，被動聲學(xué)監(jiān)測能夠在惡劣的天氣條件下、動物在水下活動以及光線不佳的情況下檢測到動物，增加動物被檢測到的機會和效率。

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

一、調(diào)查監(jiān)測方法

從2022年8月至2023年2月，在珠江口中華白海豚國家級自然保護區(qū)內(nèi)及其周邊海域同時進行了目視法和被動聲學(xué)截線調(diào)查。此次調(diào)查是由廣東珠江口中華白海豚國家級自然保護區(qū)管理局和中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院合作完成的，使用保護區(qū)提供的一艘7.8巡護快艇。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)查時間一般從早上6點開始至下午5點。記錄事件的時間和經(jīng)緯度信息，包括開始、結(jié)束、海況和航向變化等。使用手持GPS測量經(jīng)緯度、航速、航向和航程。觀察團隊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，觀察員報告距離和方位，并使用高速單反相機拍攝海豚背鰭照片以用于個體識別。記錄海豚群的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，包括發(fā)現(xiàn)時間、經(jīng)緯度、角度、目測距離、個體數(shù)、體色組成和行為。體色組成包括無斑點幼體（UC）、無斑點青年個體（UJ）、斑點青年個體（SJ）、斑點成年個體（SS）、少斑點成年個體（SA）和無斑點成年個體（UA）六個類別。▲出海調(diào)查活動

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水聽器、保護區(qū)巡護艇

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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.被動聲學(xué)監(jiān)測目視調(diào)查和被動聲學(xué)監(jiān)測同時進行。使用拖曳式水聽器在深度超過3米的水域連續(xù)記錄水下海豚聲音信號并實時傳輸回甲板單元。該拖曳式水聽器在水深超過3米的水域進行布放，并在船只后方50米處拖曳，在船只航行時位于水下1米左右。水聽器元件靈敏度為-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/供電模塊和運行中華白海豚回聲定位信號實時檢測程序的JetsonXavierNX計算機組成。發(fā)現(xiàn)中華白海豚回聲定位信號后，程序會自動記錄發(fā)現(xiàn)時間。▲

航跡圖

二、結(jié)果與分析

本研究共進行了3個截線調(diào)查航次，其中3個航次進行了被動聲學(xué)調(diào)查（表1），包括19小時13分鐘的目視調(diào)查和19小時13分鐘的聲學(xué)調(diào)查結(jié)果。目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查的時間為19小時13分鐘。沒有校正影響觀測效率的潛在因子，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或群體，其中少部分為單獨活動的成年或幼年中華白海豚。2.聲學(xué)監(jiān)測結(jié)果在被動聲學(xué)調(diào)查中總共檢測到9次中華白海豚回聲定位信號事件（以10min作為事件時間間隔），每次事件的檢測次數(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)，人工驗證檢測到的4642次中華白海豚回聲定位信號。其中，4580次為真陽性檢測，假陽性檢測的數(shù)量很低，僅有62次，占總陽性檢測次數(shù)的1.3%（表2）。3.對比分析在所有截線調(diào)查航次中，中華白海豚的總體遇見率為0.4226群/小時（目視）和0.4628群/小時（聲學(xué)）。因此，聲學(xué)調(diào)查（n=8）的海豚觀測效率高于目視調(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%檢測到，但聲學(xué)檢測發(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，聲學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)時間平均比目視調(diào)查提前7.9分鐘（表4）。

三、討論近年來，我國多家研究機構(gòu)采用被動聲學(xué)開展中華白海豚或鯨類的監(jiān)測，在長江江豚等小型齒鯨的回聲定位信號的監(jiān)測中已經(jīng)很成熟。這得益于技術(shù)進步和高采樣率（即250kHz及以上）的精密聲學(xué)設(shè)備價格的降低。本項目的調(diào)查監(jiān)測是近年來首次在珠江口區(qū)域同時進行目視和聲學(xué)監(jiān)測的鯨豚類截線調(diào)查，調(diào)查中還首次使用新開發(fā)的聲學(xué)自動化檢測程序進行實時被動聲學(xué)監(jiān)測。1.目視法與被動聲學(xué)監(jiān)測法的優(yōu)缺點傳統(tǒng)的目視法調(diào)查監(jiān)測中華白海豚，可以很好的獲得中華白海豚的數(shù)量、分布與棲息地偏好，但對數(shù)據(jù)量要求較大，存在可得性偏差（如動物在水面以下時）和感知偏差（如惡劣海況造成的偏差）。實際觀測中，我們曾遇到聲學(xué)儀器發(fā)出警報后很長一段時間后才觀測到海豚出現(xiàn)或者并未觀測到海豚出現(xiàn)，推測可能是當(dāng)海豚長期潛水不上浮換氣時我們難以肉眼觀察到它的出現(xiàn)或大氣能見度較低時不易觀察到距船只較遠的海豚。自動檢測程序的發(fā)展極大地促進了鯨類聲學(xué)數(shù)據(jù)的處理過程，在調(diào)查中使用了中華白海豚回聲定位信號檢測程序，根據(jù)檢測到的回聲定位信號數(shù)量、信號特征以及信號間隔對聲學(xué)檢測事件進行識別。通過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)確地識別中華白海豚回聲定位信號，克服了船基目視法受光線、海況和極端天氣影響大、無法對夜間和惡劣天氣狀況下的鯨豚類活動進行調(diào)查的缺陷。我們將聲學(xué)調(diào)查（0.4628群/小時）比目視調(diào)查（0.4226群/小時）的海豚遇見率更高歸因于被動聲學(xué)的使用有助于減少可得性偏差和感知偏差并提高檢測率，但前提是鯨目動物在檢測范圍內(nèi)發(fā)聲。而在實際走航過程中，我們曾經(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候。我們分析造成該情況的原因是海豚背離水聽器方向發(fā)聲或海豚與水聽器距離過遠。2.目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查可提高監(jiān)測效率對目視和聲學(xué)聯(lián)合調(diào)查數(shù)據(jù)的分析表明，聲學(xué)監(jiān)測法能先于目視法檢測到海豚，但兩種調(diào)查方法都可能遺漏從船只旁邊經(jīng)過的海豚。船基調(diào)查的聲學(xué)探測范圍取決于信號源強度、船只速度和環(huán)境噪聲等。據(jù)報道，大型齒鯨（如抹香鯨Physetermacrophalus）的最大聲學(xué)探測范圍遠遠超過了可能的視覺范圍。然而，與大型齒鯨（如抹香鯨）相比，中華白海豚這種小