Proyecto de investigación:
Protocolo para la estimación de biomasa acústica, abundancia y distribución de anchoveta empleando ecosondas digitales
- Introducción
1.1.Descripción y formulación del problema:
Existe una necesidad por parte de las empresas pesqueras de aprovechar sus capacidades para recolectar información sobre las especies objetivo a fin de determinar su distribución geográfica y las zonas de pesca para así optimizar el esfuerzo de pesca. Con ello en mente diversas empresas pesqueras han adquirido sistemas acústicos digitales de una sola frecuencia tales como las ecosondas marca Kongsberg SIMRAD modelos ES60, ES70 y ES80, y también con ecosondas marca Furuno Electronics modelo FCV-30. Las ecosondas digitales permiten obtener información cuantitativa sobre el recurso objetivo además de otros aspectos relacionados con el ambiente (termoclina, zona mínima de oxígeno, abundancia del zooplancton)(Ballón et. al 2011). Sin embargo se carece de un protocolo de análisis de la data acústica que puede ser colectada por los barcos de pesca.
Para abordar este problema se propone adaptar las metodologías de análisis empleadas por el Instituto del Mar del Perú (IMARPE, Castillo et. al 2009) para aplicarlas al procesamiento de datos acústicos de una sola frecuencia que son obtenidos a bordo de barcos de pesca (Habasque et. al 2013). Con la presente investigación se pretende demostrar la compatibilidad entre las mediciones cuantitativas que pueden realizar los barcos de pesca empleando ecosondas digitales de una sola frecuencia, con las que realiza el IMARPE empleando ecosondas digitales científicas. Al contar con un protocolo estandarizado de análisis se incentivará la recolección, procesamiento y análisis de la información de los barcos de pesca como plataformas científicas (ICES, 2007), ya que además la flota genera información gran parte del año, por lo dicha información constituirá un significativo aporte al monitoreo del hábitat que realiza el IMARPE.
Por otro lado, entre los objetivos de la pesca responsable promovida por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) y otras entidades, está el de ampliar la cooperación en los esfuerzos de monitoreo de los ecosistemas marinos. El financiamiento de entidades como el IMARPE, si bien se ha incrementado en los años recientes, será siempre insuficiente para alcanzar las escalas y frecuencia que abarcan las operaciones de la flota industrial. Sin embargo para desarrollar el potencial de las flotas pesqueras como observadores cuantitativos del ecosistema marino, y garantizar la calidad de la información recopilada, se requiere del desarrollo previo de ciertas capacidades, fundamentalmente la disponibilidad de un protocolo que pueda ser utilizado para lograr resultados comparables y compatibles con los que realiza el IMARPE a bordo de sus barcos científicos.
1.2. Antecedentes :
A fines de las décadas de 1950, e inicios de las de 1960, la acústica submarina (hidroacústica) empezó a utilizarse con frecuencia en la estimación de la biomasa de peces (ICES 2007, Gutiérrez et. al 2012), así como también se pudo profundizar en el estudio del comportamiento y características morfológicas de los cardúmenes (ICES 2000). Es así como la acústica submarina se constituye en un método directo de evaluación cuantitativa de la abundancia (biomasa observada) de recursos pelágicos. El antecedente más lejano para estos propósitos fue la evaluación de arenque y sardina (Portier, 1924, citado por Simmond y Mac Lennan, 2005).
Al pasar de los años la acústica submarina se convirtió en una herramienta usual para la detección de cardúmenes para la pesca cuando los costos alcanzaron precios asequibles para las empresas pesqueras (Simmonds y MacLennam, 2005). Gracias a los avances tecnológicos se han incrementado las posibilidades de análisis al ser posible grabar las señales acústicas abordo de los barcos de pesca (Melvin, et. al, 2007). Asimismo, el uso de los barcos de pesca como plataformas de oportunidad prácticamente no tienen costo para los científicos; y a nivel mundial se está promoviendo la cooperación de las entidades científicas con la industria (ICES, 2007), lo que además genera significativos ahorros para la investigación y monitoreo con carácter científico.
Al aumentar la base de datos disponibles para los científicos se mejora el análisis para la gestión, tanto de las propias empresas como la de la pesquería misma, así como se profundiza el conocimiento sobre el ecosistema (Melvin, et. al, 2007). Se debe tener presente que la diferencia fundamental entre las ecosondas digitales de tipo comercial con la de uso científico está en el programa o software utilizado en su operación. Es decir que las ecosondas digitales de tipo comercial no incluyen sub-rutinas para calibrar las ecosondas, y allí radicaba el problema para emplear las ecosondas con propósitos cuantitativos. Esta dificultad ha sido superada gracias a la disposición actual de protocolos para calibrar estos sistemas acústicos, los que han sido generados, entre otros, por Vasquez et. al (2015) y Demer et. al (2015).
Perú es un país pionero en el uso de la hidroacústica. En el año 1966 se inició el que es el programa de recolección de datos acústicos más antiguo entre los que están vigentes. A este programa creado por el IMARPE se le denominó Operaciones EUREKA (Villanueva 1972, Gutiérrez et. al 2000) , las cuales consisten en el uso de embarcaciones pesqueras comerciales equipadas con instrumentos acústicos (ecosondas) para llevar a cabo el monitoreo y evaluación de recursos pelágicos como la anchoveta. Asimismo, la cooperación con la industria en la recolección de datos para evaluaciones cuantitativas se vienen llevado a cabo en Australia, Canada, Chile, Nueva Zelanda, Estados Unidos, Japón, Rusia y la Unión Europea entre otros. Tomando en cuenta esas experiencias se propone en la presente investigación la redacción de un protocolo de análisis acústico cuantitativo tomando en cuenta las mejores prácticas actualmente disponibles.
1.3. Objetivos:
1.3.1 Objetivo General
Aprovechar las capacidades de la flota pesquera para generar información acústica cuantitativa, tanto para apoyar la gestión de flota de las empresas como las labores de monitoreo ecosistémico a cargo de IMARPE en lo que se refiere al diagnóstico de la situación de los principales recursos pelágicos con énfasis en la anchoveta.
1.3.2 Objetivos Específicos
1.- Incrementar el esfuerzo de monitoreo que permita un mayor conocimiento del ecosistema marino.
2.- Promover la recolección de información acústica generada a bordo de embarcaciones pesqueras equipadas con tecnología digital para complementar el esfuerzo de IMARPE y PRODUCE en la gestión de las medidas de regulación para el sostenimiento y conservación de los recursos pelágicos.
3.- Incrementar el esfuerzo de muestreo pesquero recurriendo a barcos de la flota industrial adecuadamente equipados para reducir las fuentes de incertidumbre asociadas con evaluaciones acústicas de peces (evitamiento, migración, etc.)
4.- Demostrar la compatibilidad entre las mediciones de biomasa y abundancia que puede generar la flota pesquera y las que realiza el IMARPE, a fin de demostrar su fiabilidad.
5.- Realizar una inferencia estadística sobre la biomasa que queda oculta en los primeros metros de la superficie y en las zonas someras cercanas a la costa.
1.4. Justificación:
Hay una necesidad de información acústica de calidad que permita respaldar las evaluaciones de la población de anchoveta realizadas por el Instituto del Mar del Perú (IMARPE), tomando en cuenta la alta variabilidad ambiental que caracteriza al mar peruano (Espino y Yamasahiro, 2012). Asimismo existe una necesidad de parte de las empresas industriales de optimizar el esfuerzo de búsqueda y gestión de flota pesquera, la cual se realiza a partir del conocimiento sobre la distribución y concentración de las especies que son objetivo en las pesquerías.
Finalmente, la presente investigación se justifica la necesidad de que las mediciones efectuadas por barcos de pesca sean compatibles con las realizadas por los barcos de investigación científica.
1.5. Hipótesis:
- Es posible estimar la abundancia, biomasa y distribución geográfica de la anchoveta y otros recursos pelágicos utilizado ecosondas digitales de los barcos de pesca.
- Las mediciones de abundancia y biomasa realizadas con sistemas acústicos digitales de barcos de pesca son compatibles con las que se llevan a cabo con barcos de investigación científica equipados con sistemas digitales multifrecuencia.
- Contando con un protocolo de análisis se logra incrementar las capacidades de monitoreo cuantitativo, lo que permite aprovechar el amplio número de embarcaciones equipadas con este tipo de tecnología.
2. Marco Teórico
2.1. Bases teóricas sobre el tema de investigación
Los métodos acústicos son los métodos directos más utilizados cuando se necesita realizar estimaciones sobre la abundancia de peces (la biomasa se refiere a la cantidad absoluta de peces expresada en unidades de masa, la cual está distribuida en una región determinada). De otro lado, la abundancia se refiere a la «biomasa observada» con los sistemas acústicos. En evaluación acústica la ecointegración (o suma de ecos) es el método más ampliamente utilizado. El Coeficiente Náutico de Dispersión Acústica, o Nautical Area Scattering Coefficient (NASC; m2/mn2), es la unidad de medida en ecointegración, la cual se refiere a la densidad de peces presentes en cada unidad de muestreo (usualmente una milla náutica).
El Instituto del Mar del Perú (IMARPE) realiza entre tres y cuatro Cruceros de Evaluación Acústica de Recursos Pelágicos (CEARP) cada año, en los cuales se utilizan sistemas acústicos multifrecuencia para estimar la biomasa, abundancia y distribución de las principales especies pelágicas. Los CEARP vienen siendo utilizados de manera regular desde 1983, y los resultados de estas investigaciones han permitido al IMARPE recomendar al PRODUCE las medidas de regulación pesquera que permiten la sostenibilidad de los recursos hidrobiológicos.
Los sistemas acústicos utilizados para estos fines son las ecosondas digitales, las cuales generan ondas sonoras de intensidad conocida, y pueden por tanto medir la intensidad de los ecos reflejados por los peces. La diferencia entre la cantidad de energía emitida y recibida es atribuida al número de peces presentes en la columna de agua.
Asimismo, en la pesca industrial cada vez es mayor el número de barcos equipados con ecosondas digitales, gracias también a la reducción de los costos de compra de estos sistemas (Peña y Melvin 2007). En los años recientes (desde 2015) algunos de los barcos de pesca de la industria, equipados y calibrados, participan como fuentes auxiliares de información durante los CEARP del IMARPE, lo que permite incrementar la base de datos y generar resultados más confiables.
3.Métodos
3.1.Tipo de investigación
Investigación Aplicada
3.2. Ámbito temporal y espacial
El desarrollo del presente proyecto de investigación se llevará a cabo aprovechando la recolección de los datos generados por las ecosondas digitales de los barcos de pesca que fueron calibrados para poder participar en los cruceros de verano entre los años 2016 a 2019, y específicamente desde Punta Sal (4ªS) hasta Morro Sama (18ªS) hasta una distancia de 120 millas de la costa.
3.3. Variables
3.3.1. Variable Independiente:
Información Generada por los barcos de pesca
3.3.2. Variables Dependientes:
Biomasa
Abundancia
Distribución Geográfica
3.4. Población y muestra
Como población se tiene la información acústica colectada por los barcos de pesca participantes en los CEARP realizados entre los veranos de 2016 a 2019 (4 CEARP). Como Muestra se considerará las bitácoras acústicas colectadas por IMARPE.
3.5. Instrumentos
- Ecosondas digitales Kongsberg SIMRAD modelos ES60, ES70 y ES80
- Discos duros de respaldo
3.6. Herramientas de análisis
3.6.1. Software Echoview
Será utilizado en el procesamiento acústico de señales colectadas por ecosondas digitales. El programa permite explorar, visualizar ecogramas, gráficos, tablas. También es usado para calibrar las ecosondas, remover el ruido, reducir o eliminar interferencias, detectar agregaciones y clasificarlas, etc.
3.6.2. Software Surfer
Es un software que sirve para la visualización de mapeos hechos en 2D, 3D, contornos y superficies.
3.7. Procedimientos y análisis de datos
1 . Calibración de las ecosondas digitales de los barcos de pesca.
2. Recolección de la data generada por los barcos de pesca durante los cruceros acústicos de IMARPE.
3. Recolección de la data de lances de pesca, incluyendo estadísticas de captura por especies (datos de IMARPE y de la industria).
4.Desarrollo de un protocolo de análisis, el cual incluirá la estimación de la biomasa que usualmente queda oculta durante las evaluaciones acústicas.
5. Procesamiento de la información acústica:
5.1. Creación de líneas de superficie
5.2. Creación de líneas de fondo
5.3. Eliminación del ruido e interferencias
5.4. Detección de cardúmenes, y su identificación con énfasis en anchoveta.
5.5. Exportación de datos y generación de bitácoras.
5.6. Análisis acústico de la biomasa, abundancia y límites de confianza estadística.
6. Realizar comparaciones con los resultados obtenidos a bordo de los barcos de pesca en función a los resultados obtenidos por el IMARPE.
7. Realizar análisis de correlación entre la biomasa latitudinal y anomalías térmicas como indicadoras de la distribución del recurso objeto.
8. Realizar una validación estadística para las comparaciones llevadas a cabo.
Referencias
Gutierrez, M. (2016) Asistencia técnica especializada en la ejecución del Plan de Crucero de Evaluación Acústica de Recursos Pelágicos 1605-06 en la Región Norte- Centro.
Castillo, R.,S.Peraltilla,A.Aliaga, M. Flores, M. Ballon, J. Calderon, M. Guitierrez (2011) Protocolo técnico para la evaluación acústica de las áreas de distribución y abundancia de recursos pelágicos en el mar peruano, Version 2009. Inf. IMARPE N°1 y 2: 7 -28
Gutiérrez, M. (2017) Curso Acústica Submarina UNFV 2016-2017 Capitulo 9 Evaluación de Biomasa de Especies hidrobiológicas; Capitulo 10 Comportamiento, tipología de cardúmenes y análisis de ecogramas ; Capitulo 11 Acústica Biológica ; Capitulo 12 Acústica Oceanográfica ; Capitulo 12 Acústica del Plancton.
Ballón M., A. Bertrand, A. Bertrand, A. Lebourges- Dhaussy, M. Gutierrez, P. Ayón, D. Grados , F. Gerlotto. (2011).
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Simmonds EJ, MacLennan DN. (2005). Fisheries Acosustics: Theory and Practice , 2nd edn. London: Blackwell Science; 437 pp.
Vasquez C., M. Gutierrez, S. Peraltilla, A. Aliaga, G. Meneses, A. Zuzunaga, E. Yarlequé, C. Vásquez, A. Espinoza, E. Méndez, F. Gerlotto. (2015).
Protocolo de calibración, medición de ruido y eliminación de interferencias en ecogramas digitales generados a bordo de barcos de pesca. VI Taller SNP de Diagnóstico sobre el recurso Jurel (Trachurus murphyi)
Villanueva R. (1970) The Peruvian Eureka Programme: rapid acoustic surveys using fishing vessels. Documento presentado en la FAO Technical Conference on Fish Finding, Purse Seining and Aimed Trawling, Reyjavik, 1970, Document 5.
Marco Espino, Carmen Yamashiro (2012) La variabilidad climática y las pesquerías en el Pacifico Suroriental. IMARPE .
Habasque J., S. Peraltilla, M. Gutierrez, F. Gerlotto, E. Josse, Y. Perrot. L. Berger, N. Le Bouffant, A. Bertrand. (2016). Definition and application of a processing tool for monofrequency acoustic data collected on fishing vessels. Publicación en edición.