Development and application of an empirical multifrequency method for backscatter classification

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Abstract:

We evaluated the feasibility of identifying major acoustic scatters in North Pacific ecosystems based on empirical measurements of relative frequency response. Acoustic measurements in areas where trawl catches were dominated by single taxa indicated that it might be possible to discern among key groups of scatterers such as fish with gas-filled swimbladders, euphausiids, myctophids, and jellyfish. To establish if walleye pollock (Theragra chalcogramma), a key species in the ecosystem, can be separated reliably from other groups under prevailing conditions, we developed a method based on the normal deviate (or Z score) to identify backscatter consistent with the pollock relative frequency response. We evaluated the performance of the method by comparing it with the traditional method of species identification (i.e., directed trawl catches and subjective interpretation of echograms) during five large-scale acoustic surveys of the eastern Bering Sea. Pollock abundance estimates employing the multifrequency method were highly correlated with those using the traditional method, which indicates that the multifrequency method performs well in this situation. In this environment, multifrequency methods will allow more inferences to be drawn when direct sampling of organisms is limited and will also complement existing abundance surveys by improving species classification and providing information about key nontarget species.

Nous évaluons la faisabilité d’identifier les principales rétrodiffusions acoustiques dans les écosystèmes du Pacifique Nord, d’après des mesures empiriques des fréquences relatives des réponses. Les mesures acoustiques dans les régions dans lesquelles les prises au chalut sont dominées par un seul taxon indiquent qu’il devrait être possible de discerner les groupes principaux d’organismes responsables de la rétrodiffusion, tels que les poissons avec vessie natatoire remplie de gaz, les euphausiidés, les myctophidés et les méduses. Afin d’établir si la goberge de l’Alaska (Theragra chalcogramma), une espèce dominante de l’écosystème, peut être distinguée de façon fiable des autres groupes dans les conditions actuelles, nous avons mis au point une méthode basée sur l’écart normal (ou cote Z) pour identifier la rétrodiffusion correspondant aux fréquences relatives des réponses de la goberge. Nous avons évalué la performance de la méthode en la comparant avec la méthode traditionnelle d’identification des espèces (c’est-à-dire des récoltes dirigées au chalut et une interprétation subjective des échogrammes) durant cinq inventaires acoustiques à grande échelle dans l’est de la mer de Béring. Il existe une forte corrélation entre les estimations de l’abondance des goberges de l’Alaska basées sur la méthode des fréquences multiples et celles tirées de la méthode traditionnelle, ce qui indique que la méthode des fréquences multiples fonctionne bien dans les circonstances. Dans cet environnement, les méthodes des fréquences multiples permettront de faire plus de déductions lorsque l’échantillonnage direct des organismes est restreint et elles viendront compléter les inventaires actuels d’abondance en améliorant la classification des espèces et fournissant des renseignements sur les espèces importantes non ciblées.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2010

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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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