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ISSN : 2671-9940(Print)
ISSN : 2671-9924(Online)
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology Vol.58 No.1 pp.49-58
DOI : https://doi.org/10.3796/KSFOT.2022.58.1.049

A pilot study one stimating the biomass of chub mackerel and jack mackerel in the northwestern sea of Jeju Island using trawl survey and frequency characteristics

Myounghee KANG, Eunbi MIN1, Byung-Yeob KIM2, Changheon LEE2, Taejong KANG1, Taegeon OH3, Byeonggwon LIM4, Doojin HWANG5*
Professor, Department of Maritime Police and Production System/Institute of Marine Industry, Gyeongsang National University,
Tongyeong 53064, Korea
1Student, Division of Fisheries Science, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
2Professor, Training Ship, Jeju National University, Jeju 63243, Korea
3Research Fellow, Resources Enhancement Division, Korea Fisheries Resources Agency, Busan 46041, Korea
4Senior Research, Resources Enhancement Division, Korea Fisheries Resources Agency, Busan 46041, Korea
5Professor, School of Marine Technology, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
*Corresponding author: djhwang@jnu.ac.kr, Tel: +82-61-659-7126, Fax: +82-61-659-7129
20211101 20211122 20220105

Abstract


In September and October 2020, combined acoustic and trawl surveys were conducted in the northwestern sea of Jeju Island. In the survey area, a region, so called Jeju region, was designated to esimate the biomass of chub mackerel and jack mackerel using a trawl survey method and frequency difference method. In the September survey, the weight ratios of jack mackerel and chub mackerel to the total catch were 24.6% and 2.8%, respectively, and in the October survey, those ratios were 24.9% and 20.7%, which were used to calculate their biomass (trawl survey). Using the frequency difference range (–8 to –3dB) corresponding to two species in 120 and 200 kHz, their biomass was estimated (frequency difference method). As a result, the biomass of two species from the trawl method was 3252.3 tons in September and 5777.0 tons in October. The estimated biomass by the frequency difference method was 4926.6 tons in September and 7521.5 tons in October. It was the first trial to estimate the biomass of two species using the trawl and frequency differencing methods in South Korea although there were some differences between two methods. In addition, horizontal distributions of acoustic backscattering strength over the entire survey area were mapped.



트롤 조사와 주파수특성을 이용한 제주도 서북 해역의 고등어와 전갱이 생물량 추정에 관한 예비 연구

강명희, 민은비1, 김병엽2, 이창헌2, 강태종1, 오태건3, 임병권4, 황두진5*
경상국립대학교 해양경찰시스템학과/해양산업연구소 교수
1전남대학교 수산과학과 학생
2제주대학교 실습선 교수
3한국수산자원공단 자원조성팀 부연구위원
4한국수산자원공단 자원조성팀 선임연구원
5전남대학교 해양기술학부 교수

초록


    서 론

    제주도 해역은 남쪽에는 대마난류와 제주 난류, 북쪽 에는 중국 연안류와 서한 연안류 등 여러 수괴로 형성되 어 있다. 특히 대마난류는 제주도 북쪽과 남동쪽으로 유입되는 해류가 제주도 동쪽 해역에서 만난다. 쿠로시 오해류와 동중국해의 해수가 혼합하여 일본 규슈 서쪽 으로 북상한 대마난류에서 갈라져 나와 제주 남서쪽을 지나 황해로 흘러 들어가거나 제주해협을 통해 동쪽으 로 흘러가 동해로 유입되고 있다(Park et al., 2014). 이와 같이 제주 해역은 다양한 수괴의 만남과 혼합으로 형성 된 전선을 포함하고 있으므로 영양염이 풍부하여 다양 한 생물종이 서식하고, 이들의 특징이 해양 생물의 군집 및 분포 등에 영향을 주고 있다. 특히, 이들 수괴의 분포 상태에 따라 고등어, 전갱이, 방어 삼치, 갈치 등과 같은 여러 회유성 어종이 시기별로 출현 상황과 분포 현황을 달리하고 있다(Kim et al., 2002). 또한, 제주도 북서 해 역은 고등어, 전갱이, 참조기 등 어족자원이 풍부하여 우리나라 해역의 주요 어장 중 하나이다.

    태평양 고등어(Scomber japonicus; 이하 고등어)는 한 국, 중국 및 일본에서 어획되는 가장 중요한 부어류 중 하나이다(FAO, 2016). 고등어는 태평양의 온대 및 아열 대 해역에 널리 분포하는데, 북태평양에서는 특히 한국 과 일본의 연안 해역과 동중국해에 분포한다. 이 종은 주로 요각류, 갑각류, 작은 어류, 오징어 등을 섭이하기 위하여 계절에 따라 북쪽으로 이동하고, 겨울에는 산란 을 위하여 남향하는 경향을 보인다(Choi et al., 2004). 북향하는 동안, 이 종은 2월 혹은 3월에 제주도에 도착 하여 일부는 동해로 이동하고 다른 일부는 서해로 이동 한다. 동해와 서해로 이동하는 이 종의 밀도 비율은 해양 환경, 주로 수온에 따라 다양하다(Yang et al. 1999;Hwang et al. 2001). 한편, 전갱이(Trachurus japonicus) 는 우리나라 연근해, 동중국해 등에서 서식하고 있으며, 산란장은 대만 북동해역, 동중국해 중부, 일본의 큐슈 연안 그리고 제주도 근해로 알려져 있으며, 산란기는 북쪽으로 갈수록 늦어져 해역에 따라 2월부터 8월까지 로 알려져 있다(Cha et al., 2009).

    우리나라에서 고등어와 전갱이는 주로 대형 선망 어 업에서 어획되는데 이 종 외에 정어리, 오징어 등이 잡히 고 있다. 특히, 전갱이를 대상으로 하는 대형 선망 어업 의 주요 어장은 제주도 동부와 남부 해역에서 형성된다. 지난 10년간(2010~2020년) 고등어의 연간 평균 생산량 은 116,507톤이고, 전갱이의 연간 평균 생산량은 30,358 톤이었다.

    이 중 선망어업으로의 생산량은 고등어 107,585톤과 전갱이 20,427톤이었다. 이 기간 동안에 고등어 생산량 은 2010년, 2013년, 2017년에 약 10만 톤의 낮은 생산량 을 보였으며, 2011년과 2018년에 약 14만 톤을 어획하 여 높은 생산량을 보였다. 전갱이는 2010년과 2013년에 1만 톤 정도로 낮은 생산량을 보였으며, 2011년에는 약 42천 톤, 2015년은 약 43천 톤, 2020년에는 45천 톤으 로 높은 생산량을 보였다. 이와 같이 매년 어획량의 변 동은 주기와 폭이 불규칙하게 관찰되고 있다(Fisheries statistics, 2021). 우리나라에서는 고등어와 전갱이의 지 속적인 생산과 자원관리를 위하여 1999년부터 대형선 망어업을 대상으로 총 허용 어획량(Total Allowable Catch, TAC) 제도를 시행하고 있다. 고등어는 2016년부 터는 수산자원관리법 시행령 개정으로 포획 금지 기간 (4~6월 기간 중 한 달)과 금지체장(전장 21 cm)를 추가로 설정하였다. 전갱이는 따로 금어기 및 금지체장은 설정 되어 있지 않다(Fira, 2021). 고등어와 전갱이를 대상으 로 하는 선망어업에서 제주 서북해역은 중요한 어장으로 이용되고 있는데, 이 해역에서의 이 두 종의 자원량 추정 및 변동을 장기간 모니터링한다면 이 종의 지속 가능한 자원관리에 도움을 줄 수 있을 것이다.

    주요 어족 자원의 생물량을 추정하기 위하여 다수의 수산 선진국은 과학어군탐지기(이하 과학어탐)를 이용 하고 있다. 과학어탐을 이용한 음향 조사법은 비교적 단기간에 적은 노력으로 넓은 해역을 조사할 수 있는 비파괴적인(nondestructive) 방법으로, 전 수심층에 대한 수생생물의 군집과 분포 특징에 관한 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 과학어탐을 이용한 음향 트롤 조사 는 트롤 조업으로 어종을 식별하고 어종별 체장 및 체중 정보를 이용하여, 음향 신호를 토대로 대상 어종의 생물 량을 추정하고 있다. 음향학적으로 생물량을 추정할 때, 이 음향 트롤 조사는 세계 여러 해역에서 사용하고 있는 표준 조사법이라고 할 수 있다(Robertis et al., 2014). 생물종 식별을 위하여, 트롤 조업에 의존하지 않고 음향 데이터만을 가지고 독립적으로 시도하고자 하여 성공한 사례는 많다. 이 중 가장 보편적으로 사용하고 있는 방법 이 주파수차법이다. 일반적으로 음향 조사는 두 개 이상 의 주파수를 사용하는데, 주파수차법은 두 개의 주파수 차이(주파수별 생물종의 음향특징 차이)을 이용하여 생 물종을 식별하는 방법이다. 이 연구의 목표는 제주도 서 북해역에서 서식하는 고등어와 전갱이의 생물량을 추정 함에 있어서, 보편적으로 사용하고 있는 트롤 조사 결과 를 활용하는 방법과 주파수차법을 이용하여, 각각의 방 법으로 추정한 생물량의 비교를 시도하고자 하였다.

    재료 및 방법

    현장조사

    제주도 서북해역에서 2020년 9월 24일부터 9월 28일 까지, 10월 29일부터 11월 1일까지 제주대학교 실습선 (아라호, 2,995 tons)에 탑재되어 있는 과학어군탐지기 (Simrad EK80, Kongsberg, Norway, 이하 과학어탐)를 이용하여 음향 조사와 트롤 조사를 병행하여 실시하였 다(Fig. 1). 트롤 조업은 9월과 10월 조사에 각각 4차례 수행하였다. 트롤 어구는 저층트롤이며 6매식으로 구성 되었으며 망고는 약 2.9 m, 망폭은 약 29.7 m, 인망평균 속력는 3.5 노트, 코드 앤드의 그물코 사이즈는 100 mm 이었다. 트롤 어획물은 선상에서 어종별로 분류하고 종 별 모든 샘플의 체장 (cm)과 체중(g)을 측정하였다.

    이 연구에서 수행한 조사 해역 중에서 ‘제주 구역’이 라고 정의한 구역은 고등어와 전갱이의 생물량을 추정 할 해역으로 사용하였다. 이 구역은 수산자원관리공단 의 수산자원 증대사업에 포함된 구역으로, 중장기적으 로 고등어와 전갱이의 자원량 변동 및 생태 연구를 진행 할 때, 수행하기 위하여 선정한 구역이다. 이 제주 구역 은 위도와 경도(33°45’00”N, 125°00’00”E (a), 33°45’00”N, 126°00’00”E (b), 33°30’00”N, 125°00’00”E (c), 33°30’00”N, 126°00’00”E (d), Fig. 1)로 구성된 사각형 구역이다.

    데이터 처리

    음향데이터 분석은 Echoview (Echoview Software Pty. Ltd, ver. 11, Australia)을 사용하였으며, 결과의 시 각화를 위하여 Arcmap (ESRI, ver. 10.3, USA)를 이용하 였다. 음향 데이터는 6개 주파수로부터 수록하였으나 120과 200 kHz에 고등어와 전갱이의 Target strength (TS)가 측정되었으므로(Lee and Shin, 2005) 이 두 주파 수를 사용하여 분석하였다. 해수면선은 4 m 고정선에 threshold offset 연산자를 사용하여 해수면 부근의 잡음 등을 제거하였다. 해저선은 best bottom candidate의 선 알고리즘을 사용하여 만들었으며, 해수면선 위와 해저선 아래의 데이터는 분석에서 제외했다(Fig. 2, Echoview, 2021). 제주 구역에서의 고등어와 전갱이 생물량을 추정 하므로, 이 구역에 포함되어 있는 항적선 4개를 선별하 였다. 빗발치는 듯한 가늘고 짧은 잡음 신호는 임펄스 잡음 제거 알고리즘을 이용하여 제거하고 나서, 눈으로 확인하면서 신호처리를 점검(Scrunity) 하였다. 이 잡음 알고리즘의 상세한 내용은 Park et al. (2015)에서 참조 할 수 있다.

    음향 데이터를 이용하여 대상 생물량을 추정할 때, 대상 생물종의 할당을 위하여 일반적으로 사용하는 두 가지 방법으로는 1) 트롤 조사법과 2) 주파수차법을 들 수 있다. 트롤 조사법은 트롤 어획물에서 어종별 중량 비율을 사용하는 것으로, 전형적인 수산자원 생물량을 추정하는 방법이다. 즉, 산출한 전체 생물량에서 전갱이 와 고등어의 중량 할당율을 고려하여 이 두 종의 생물량 을 추정하는 것이다. 생물량 추정에 사용한 주파수는 120 kHz이었다. 9월과 10월 조사에 트롤 조업을 4회 수행하였으나, 제주 구역에 가까운 트롤 정점 즉 9월 트롤 조사는 트롤 정점 2, 4의 어획물을, 10월 조사는 트롤 정점 3, 4의 어획물만 이용하였다. 또한, 어획물 중 저서어류 예를 들어 참홍어, 목탁가오리, 노랑가오리, 넙치 등은 제외했다.

    주파수차법을 이용한 대상종 할당은 120 kHz와 200 kHz의 음향 산란강도 값의 차이를 이용하는 방법(Δ MVBS법)을 이용하여 대상종에 해당되는 주파수차 범 위를 설정하여 대상종의 음향신호를 추출하였다. 주파 수차법은 아래의 식으로 표현할 수 있다.

    ΔMVBS = MVBS (200 kHz) - MVBS (120 kHz)
    (1)

    여기서 MVBS는 평균 체적 후방 산란강도(dB)이고, 200 kHz에서의 MVBS에서 120 kHz에서의 MVBS를 차감한 것이다. 주파수차법은 두 주파수에 적절한 크기 의 셀을 선택하여 셀 안의 음향강도 값을 평균하여 사용 한다. 이 주파수차법을 이용하는 이 연구에서는 수평적 으로 200 m와 수직적으로 2 m를 이용하였다. 선택된 셀에서의 음향강도 값의 평균 처리는 Resample 연산자 를 이용하였는데(Fig. 2), 이는 종 그룹을 분류하기 전에 음향 값을 평균화하여, 상대적인 주파수 응답의 무작위 변동이 감소되며, 대상 생물종의 형태적인 형태적 특성 을 유지하면서 주파수 특성, 즉 ΔMVBS 패턴을 나타 낼 수 있기 때문이다(Kang et al., 2002 and 2006;Korneliussen et al., 2008). 고등어와 전갱이의 음향신호 를 추출하기 위하여 Data range bitmap 연산자를 사용하 였으며, 그 범위는 –8~–3 dB로 하였다. 추출된 음향신호 (비트맵)와 리샘플 120 kHz와 Mask 연산자를 사용하여 고등어와 전갱이 에코 그램을 생성하였다. 이 마스크 연산자는 비트맵에서 참으로 표시된 구역에서 리샘플 120 kHz 데이터가 표시되고, 거짓으로 표시횐 구역은 에코 신호가 0로 처리한다. 마지막 에코 그램에서 수평 간격 1 nm과 전체 수심에 해당되는 수직 간격 250 m의 그리드(grid)를 설정하고 그 구역 내 해리면적산란계수 (m2 /nm2 , Nautical Area Scattering Coefficient, 이하, NASC)를 추출하였다. 이 NASC 값은 제주도 구역 내의 생물량 및 결과의 시각화에 사용되었다. 주파수차법을 이용한 예시 에코그램은 Fig. 3에 표시하였다. 120 kHz 의 Sv(체적후방산란강도)에코그램, 여러 가지 잡음을 제거한 후 리샘플한 에코그램, 주파수차법을 이용한 에 코그램, 마지막으로 고등어와 전갱이 음향신호만 추출 한 120 kHz의 Sv에코그램을 나타내었다.

    위의 두 가지 방법을 사용하여 대상종 할당을 하고, 120 kHz에서 이들 종의 생물량 산출을 위하여 사용한 TS는 Lee and Shin (2005)이 측정한 고등어와 전갱이의 체장과 TS식을 이용하였다.

    고등어 TS_120 kHz = 20log10(L) -66.9
    (2)

    전갱이 TS_120 kHz = 20log10(L) -65.6
    (3)

    고등어와 전갱이의 생물량을 추정할 때, 조사 정선별 현존량(Bt)은 아래와 같이 구할 수 있다.

    B t = S A t ¯ · W C + J ¯ 1000 · A t 4 · π · 10 T S C + J ¯ 10 ( t o n )
    (4)

    여기서 SAt (m2 /nm2 )는 조사정선 t에서의 평균 음향 산란값(NASC), WC+J는 두 어종의 트롤 어획 비율을 고려한 평균 체장(kg), At 는 조사 정선의 면적(nm2 ), TSC+J는 두 어종의 트롤 어획 비율을 적용한 평균 TS (dB re 1 m2 )이다. 제주 구역의 첫 번째 라인은 Fig. 1의 b와 d 사이에 근접한 연두색 항적선, 다시 말하면 제주 구역(흰 빗금 칠한 사각형)의 가장 오른쪽 라인이다. 음 향 조사의 항적이 제주 구역 전체를 포함하지 못하여, 제주 구역 내의 항적선에 대한 면적에 생물량을 구하고 제주 구역 전체 면적으로 확대하여 계산하였다. 9월과 10월의 조사 면적은 제주 구역의 면적에 대하여 각각 64.8%와 65.4%에 해당하였다.

    한편, 이 연구에 사용한 주파수 차 범위는 –8~–3 dB를 사용하였는데, 9월과 10월 트롤 조사의 평균 체장을 이 용하여 200 kHz에서 TS값(식 5와 6)을 구하여 120 kHz 의 TS값을 차감하면 고등어는 –4.2 dB, 전갱이는 –6.5 dB의 주파수 차가 산출되었다.

    고등어 TS_200 kHz = 20log10(L) -71.1
    (5)

    전갱이 TS_200 kHz = 20log10(L) -72.1
    (6)

    주파수 특징은 생물종, 부레의 유무, 주파수, 체장, 유 영자세각 등에 크게 영향을 받는다(Kang et al., 2002, 2006;Korneliussen and Ona, 2003). TS-체장식은 평균 –5°와 표준편차 15°의 유영 자세각을 고려한 것이지만, 자연 상태에서의 고등어와 전갱이의 유영 자세각은 보 고된 연구가 없으며, 두 종의 체장 범위에 따른 주파수차 범위는 다소 달라질 수 있다. 따라서, 평균 체장과 두 주파수의 TS-체장식으로 구한 주파수 차 범위에 여유분 을 주었다. 또한, 조사 해역 전체를 대상으로 수평적인 음향 강도 값을 시각화하였다.

    결과 및 고찰

    9월 조사에서 트롤 정점 2과 4의 어획 총중량은 19.4 kg이었고, 전갱이와 고등어의 중량 비율은 각각 24.6% 와 2.8%이었다. 10월 조사에서 트롤 정점 3과 4의 어획 총중량은 43.0 kg이었고, 전갱이와 고등어의 중량 비율 은 각각 24.9%와 20.7%이었다(Table 1). 9월 트롤 조사 에서 어획된 모든 샘플의 총중량은 70.6 kg이고, 중량 상위 10종의 총충량은 58.8 kg로 83.3%에 해당하였다. 10월 트롤 조사에서는 전체 샘플의 총중량은 94.4 kg이 고, 상위 10개 우점종의 총충량은 82.2 kg로 87.1%에 상응하였다. 9월 트롤 조사에서 어획한 전갱이의 평균, 표준편차, 최소와 최대값은 각각 22.5, 3.3, 14, 27.9 cm 이었고, 고등어의 값은 25.5, 4.6, 20, 37 cm이었다. 10월 트롤 조사에서 어획한 전갱이의 평균, 표준편차, 최소와 최대값은 각각 19.5, 0.8, 17.9, 21.0 cm이었고, 고등어의 값은 26.9, 2.2, 21.7, 34.7 cm이었다. 9월 트롤 조사에서 전갱이와 고등어의 중량 비율(24.6%와 2.8%)은 이 두 종의 TS 계산에 0.9 대 0.1의 가중치를 두었다. 10월 조사 는 이 두 종의 중량 비율(24.9%와 20.7%)을 고려하여 TS 계산에 가중치는 0.55 대 0.45를 사용하였다. 9월과 10월 조사에서 전갱이와 고등어의 생물량을 추정하기 위하여 사용한 TS는 평균 체장을 각각 사용하였다. 9월 에 두 종의 중량 가중치(0.9 대 0.1)를 고려한 TS 값은 –38.6 dB이었으며 10월(0.55 대 0.45)은 –39.1 dB이었다.

    전갱이와 고등어종의 음향 데이터 할당을 위하여 사 용한 두 가지 방법(트롤 조사법과 주파수차법)으로 계산 한 이 종의 생물량은 Table 2에 명시하였다. 9월과 10월 조사에서 제주 구역의 면적은 각각 485.8, 490.2 nm2이 었다. 트롤 조사법에서 라인별 NASC 값은 전체 값을 표시하였고, 어획된 중량 비율을 고려한 전갱이와 고등 어의 생물량은 9월에는 3252.3 tons, 10월에는 5777.0 tons이었다. 주파수차법에서 라인별 NASC값은 두 어종 만을 추출한 음향 값이고, 이 방법으로 구한 두 종의 생물량은 9월에는 4926.6 tons, 10월에는 7521.5 tons이 었다. 9월과 10월 조사에서 트롤 조사법보다 주파수차 법을 이용하여 구한 생물량이 각각 1674.3와 1744.5 tons 높게 산출되었다. 주파수차법을 이용한 생물량이 100%라고 가정할 경우, 9월 트롤 조사법으로 구한 생물 량은 66.0%, 10월은 76.8%에 해당되었다. 음향조사의 변동계수는 9월보다 10월이 크지만, 트롤조사법과 주파 수차법 사이에는 그다지 큰 차이는 없는 것으로 보였다.

    음향과 트롤 조사를 병행하는 조사법을 이용하여 수 산 자원량을 추정하는 것은 세계 여러 해역에서 사용하 고 있는 일반적인 방법이라고 할 수 있다(Wanzenböck et al., 2003;Patel and Ona, 2009;Haris et al., 2018). 여기서 트롤 조사에 사용하는 트롤은 조사해역에 서식 하는 생물종을 정량적으로 혹은 대표적으로 어획하는데, 즉, 종 선택성이 낮다는 것을 뜻한다. 그러나, 트롤 조사 방법이 종 선택성이 전혀 없다는 것이 아니며, 특히 그물 의 마지막 부분(codend)의 그물코 크기에 따라 어획되는 생물종의 체장이 다르다는 것은 이미 알려진 사실이다. 한편, 주파수차법을 이용하여 남극 크릴종을 분류하여 120 kHz에서 크릴 양을 추정하는 것이 표준 조사 분석법 으로 이용되고 있다(Watkins et al., 2004;CCAMLR, 2005). 이는 부레가 없는 크릴종은 주파수 사이의 차이 가 크므로, 즉 주파수 특성이 크게 나타나, 이 특징을 이용하여 종 분류를 보다 수월하고 정확하게 수행되어 진다고 할 수 있다. 이 연구에서는 현존하는 음향 데이터 로 부터 생물량을 추정함에 있어서 종 할당에 이용되는 트롤 조사법과 주파수차법을 우리나라에 서식하는 주요 어종인 고등어와 전갱이를 대상으로 시도하였다. 두 방 법을 이용한 생물량의 차이는 다소 있으나, 처음으로 두 방법의 비교를 우리나라 종을 대상으로 시도한 연구 이므로 의미 있는 결과를 도출하였다고 할 수 있다. 두 방법의 정확도를 높이기 위해서 트롤 조업의 횟수를 늘 려야 하는 점, 트롤 어구가 정량적인 어획이 되도록 개선 해야 하는 점, 이에 어획된 어종과 체장이 그 해역을 보다 정확하게 대표할 수 있는 점, 주파수차법에 이용한 TS-체장식이 일반적으로 사용하는 과학어탐을 이용하 여 도출해야 하는 점, 대상종의 자유 유영 각도에 대한 정확한 정보가 필요하다는 점 등을 들 수 있다. 어종을 대상으로 주파수차법을 이용하여 그 어종을 식별하는 데에는 현실적인 어려움이 있다고 할 수 있다. 어종에 따른 음향학적인 특성이 명확하게 차이가 나지 않을 경 우, 이 방법의 정확도가 떨어진다. 이 연구는 주파수차법 을 이용하여 어종을 분류하여 생물량 추정을 시도한 예 비 조사라고 할 수 있다. 현재 광대역 음향 시스템이 우리나라를 포함하여 여러 나라에서 사용하기 시작하고 있는데, 이 광대역 주파수 특성이 어종 및 어군 군집 양상에 따라 다르게 나타난다면, 주파수차법의 한계를 극복할 수 있을 것으로 생각한다.

    9월과 10월 트랜 섹트 라인 음향 조사의 전체 데이터 를 이용하여 수평적 음향 강도 분포를 Fig. 4에 나타내었 다. 9월 조사는 제주도 중앙 위쪽 해역에 트랜섹터 라인 이 10월 조사에 비하여 하나 더 있는데(Fig. 4의 화살 모양), 특히 이 라인에서의 제주도 중앙 북쪽 연안역에 대단히 높은 음향 강도 값을 나타내었다. 또한 34°00’N~34°30’N과 125°20’E~125°30’E 사이에 높은 음향 강도 값을 보였다. 이에 반해, 10월은 제주도 북서 해역(33°30’N, 126°20’E)에 매우 높은 값을 보이고, 33°50’N~34°30’N, 125°00’E의 해역에서 높은 값을 보 였다(Fig. 4의 노랑색 점선원). 월별, 일별, 계절별, 연별 등 시간 변동에 따른 음향산란체의 분포 변화는 일반적 인 현상이지만(Ariza et al., 2016;Annasawmy et al., 2020;Kang et al., 2020), 앞으로 이 해역에 해양 환경자 료를 활용하여 이 변동에 대한 이유 및 가설에 대한 연구 가 필요하다고 할 수 있다. 이 조사는 올해(2021)도 수행 할 예정이라 올해 데이터와 해양물리적 특징을 비교해 보고자 한다.

    한편, 주파수차법을 활용한 연구사례가 세계 여러 해 역에서 보고되었다. 예를 들어, 38과 120 kHz의 차가 –1 dB에서 4 dB이면 명태, >10 dB이면 크릴(Kang et al., 2002), –2.2 dB에서 5.6 dB 사이이면 해파리(Yoon et al., 2012), 2 dB에서 16 dB이면 남극 크릴(Kang et al., 2020)로 분류하였다. 이 두 주파수는 과학 어탐의 대표 주파수라고 할 정도로 일반적으로 이용되고 있는 데, 고등어와 전갱이의 TS 및 체장식의 연구는 38 kHz 에서 수행된 바가 없다. 이 주파수에서 TS와 체장식을 이론모델, in situ, ex situ 실험을 통하여 측정하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다. 어종별 어느 주파수에 생물 량을 추정해야 하는지에 관련한 국내 연구는 아직 없다. 그러나, 38과 120 kHz가 대표 주파수(저주파와 고주파) 인 만큼 우리나라 해역에 서식하는 주요 어종에 대한 TS 연구는 이 두 주파수가 포함되어야 한다고 생각한다.

    결 론

    제주도 서북 해역에서 2020년 9월과 10월에 각각 음 향과 트롤 조사를 수행하였다. 이 전체 조사 해역 중에 제주 구역이라고 선정한 구역을 대상으로 트롤 조사법 와 주파수차법을 이용하여 고등어와 전갱이의 생물량을 추정하여 비교하였다. 9월 조사에서 트롤 어획 총중량에 서 전갱이와 고등어의 중량 비율은 각각 24.6%와 2.8%, 10월 조사에서의 트롤 어획 총중량에서 이 두 종의 중량 비율은 24.9%와 20.7%로, 이 비율을 이용하여 생물량을 추정하였다(트롤 조사법). 음향 데이터 중에서 120과 200 kHz의 음향 산란강도 값의 차이를 이용하는 방법을 이용하여, 대상 종에 해당되는 주파수차범위(–8~–3 dB) 를 이용하여 생물량을 구하였다(주파수차법). 그 결과, 트롤 조사법을 이용한 대상종의 생물량은 9월에는 3252.3 tons, 10월에는 5777.0 tons이었다. 주파수차법으 로 구한 생물량은 9월에는 4926.6 tons, 10월에는 7521.5 tons이었다. 이 두 방법을 이용한 추정한 고등어와 전갱 이의 생물량은 다소 차이는 있으나, 우리나라에서 최초 로 이 두 방법을 비교하는 예비 연구로 의미가 있다고 할 수 있다. 하지만, 주파수차법을 이용하여 어류의 정도 높은 생물량을 추정하기 위하여 개선되어야 할 부분이 많은 것이 현실이다.

    사 사

    이 성과는 2018년도 정부(과학기술정보통신부)의 재 원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구 (NRF-2018R1A2B6005666)이며, 한국수산자원공단 “근 해 수산자원 증대사업 기본 계획 및 중장기 계획 수립” 연구과제의 지원을 받아 연구되었습니다(2020.12). 또한, 이 논문은 2021년 해양수산부 재원으로 해양수산과학기 술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구(광대역 음향기술을 이용한 북극해 어류 생태 특징 추출에 관한 연구, 1525011758)이며, 2019년도 경상국립대학교 연구년제 연구교수 연구지원비에 의하여 수행되었습니다.

    Figure

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    Map of the study area (the northwest part of Jeju island). The green dotted line indicates voyage track. The closed circle in red shows trawl station in September and the number points the September trawl station number. The closed circle in white means October trawl station and number in white points the October trawl station number. The area with white hashed line shows the region (so called Jeju region in this study) for estimating the chub mackerel and jack mackerel biomass. The a, b, c and d mark the edge of the Jeju region.
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    Acoustic data analyzing flow.
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    Exampled echograms for dB differencing technique. (a) original Sv(volume backscattering strength) echogram at 120 kHz in 22:40, Oct 29 2020. (b) Resampled echogram after eliminating various noises, (c) dB differencing echogram (200-120 kHz), (d) orignal Sv echogram at 120 kHz containing only echo signals of chub mackerel and jack mackerel species.
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    Thematic map of September (left panel) and October (right panel) survey. Horizontal distribution of acoustic backscattering strength using the entire transect line survey data in both months. The dotted circle in yellow indicates strong NASC values. The orange arrow shows one more transect line in September survey.

    Table

    Trawl sampling results in September and October, 2020. The ten dominant species by weight were listed including their total length, body weight, and percentage by weight
    Biomass of the Jack mackerel and Chub mackerel in September and October, 2020 using the trawling method and the dB differencing method. Percentages in trawl method indicate percentage by weight of the two species

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