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Accounting for biological and physical sources of acoustic backscatter improves estimates of zooplankton biomass

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Abstract:

To convert measurements of backscattered acoustic energy to estimates of abundance and taxonomic information about the zooplankton community, all of the scattering processes in the water column need to be identified and their scattering contributions quantified. Zooplankton populations in the eastern edge of Wilkinson Basin in the Gulf of Maine in the Northwest Atlantic were surveyed in October 1997. Net tow samples at different depths, temperature and salinity profiles, and multiple frequency acoustic backscatter measurements from the upper 200m of the water column were collected. Zooplankton samples were identified, enumerated, and measured. Temperature and salinity profiles were used to estimate the amount of turbulent microstructure in the water column. These data sets were used with theoretical acoustic scattering models to calculate the contributions of both biological and physical scatterers to the overall measured scattering level. The output of these predictions shows that the dominant source of acoustic backscatter varies with depth and acoustic frequency in this region. By quantifying the contributions from multiple scattering sources, acoustic backscatter becomes a better measure of net-collected zooplankton biomass.

Afin de pouvoir convertir des mesures de rétrodiffusion d’énergie acoustique en estimations de l’abondance et en renseignements taxonomiques relatifs à la communauté zooplanctonique, il est nécessaire d’identifier tous les processus de rétrodiffusion en activité dans la colonne d’eau et de mesurer leurs contributions à la rétrodiffusion. Nous avons inventorié les populations de zooplancton sur les bords est du bassin de Wilkinson du golfe du Maine dans le nord-ouest de l’Atlantique en octobre 1997. Nous avons obtenu des échantillons au filet traînant à différentes profondeurs, des profils de température et de salinité, ainsi que des mesures de rétrodiffusion acoustique à des fréquences multiples dans les 200 m supérieurs de la colonne d’eau. Nous avons identifié, dénombré et mesuré les échantillons de zooplancton. Les profils de température et de salinité ont servi à estimer l’importance de la microstructure de la turbulence dans la colonne d’eau. Ces ensembles de données traités avec des modèles théoriques de diffusion acoustique ont permis de calculer les contributions respectives des agents biologiques et physiques de diffusion au niveau global de diffusion mesuré. Le résultat de ces prédictions montre que la source dominante de rétrodiffusion acoustique dans cette région varie en fonction de la profondeur et de la fréquence acoustique. Une fois calculées les contributions des sources multiples de diffusion, la rétrodiffusion acoustique permet de mieux mesurer la biomasse du zooplancton récolté au filet.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2008

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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