새동백호에 탑재된 과학어군탐지기(EK80)에서 발생하는 잡음의 특성

김준우 전남대학교수산해양대학원 2022 국내석사

무분별한 남획으로 전 세계 어족자원이 고갈되어 가고 있으며 수산자원의 회복을 위해 자원량 평가에 관한 기초 연구와 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다. ICES 권고안이 발간된 이후부터 선박의 잡음, 잡음 배출량 등에 관한 연구가 있었으며, 과학어군탐지기의 개발로 인해 종 차별화가 가능해지면서 EK80에 관한 관심이 높아지기 시작했다. 또한, 현재까지 음향 분석 소프트웨어를 이용한 잡음 제거 기법과 잡음의 소거에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 CPP 프로펠러를 탑재한 새동백호에서 EK80 과학어군탐지기에 유입되는 잡음의 특성을 선속도별, 주파수별, 수심별 SV(Volume backscattering strength)값을 이용하여 분석하고, 수산자원 조사 시 요구되는 최소한의 기준을 마련하고자 하였다. 새동백호에 탑재되어있는 EK80은 선속별 잡음의 유입이 정선 중일 때 가장 작게 나타나며 선속이 8 knots일 때 잡음이 가장 크다는 결과가 나타났다. 주파수별 선속도에 따른 잡음의 변동 폭은 큰 차이가 없었으며 주파수별 수심에 따른 오차범위는 38 kHz에서 가장 크게 나타났다. 수심별로 유입되는 잡음은 표층에서는 작게 나타나고 해저에 가까워질수록 커지는 특성이 나타났다. 데이터 분석 결과 음향조사 시 적정 요구 선속은 10~12 knots로 판단된다. Uncontrolled overfishing has depleted global fishery resources, and the need for basic research and technological development regarding the assessment of the latter has been highlighted as a way to restore marine resources. The publication of the International Council for the Exploration of the Sea guidelines has prompted research on the noise generated by ships and noise emission in general. The development of the scientific echo sounder increased interest in the EK80 system as species differentiation became possible. In addition, ongoing studies are actively investigating noise removal and cancellation through acoustic analysis. This study analyzed the characteristics of the noise received by the EK80 scientific echo sounder aboard the training ship Saedongbaek, which had a controllable pitch propeller, in terms of ship speed, frequency, water depth, and volume backscattering strength(SV). The aim was to develop the minimum criteria required in surveys of marine resources. The EK80 aboard the Saedongbaek showed that the level of noise in terms of ship speed was lowest at the static state and highest at the speed of eight knots. The variance for the level of noise regarding ship speed per frequency was not significant, while the error range for water depth per frequency was the greatest at 38 kHz. The level of noise in terms of water depth was low at the surface and showed an increasing trend at levels nearing the ocean floor. Data analysis showed that the optimum ship speed for acoustic surveys was 10–12 knots.

부이형 어군 탐지기를 이용한 수산자원 모니터링 기술에 관한 연구

강태종 전남대학교대학원 2023 국내석사

현재 우리나라 연안 바다는 수산자원의 무분별한 남획 및 기후 변화로 인하여 어획량이 감소하고 있다. 수산자원을 효과적으로 보호하고 관리할 목적으로 총허용어획량 (TAC, Total Allowable Catch) 제도 운용, 어선어업 구조조정, 수산자원조성과 같은 수산증강을 위해 노력해 왔으나 현재의 결과로 보면 그 성과는 미미한 것으로 나타났다. 수산자원조성 중 인공어초는 대상 해양생물을 정착시키거나 유집하고, 그에 대한 보호와 배양하는 것을 목적으로 해저에 시설하는 인공 구조물로써, 해양생물의 생활환경과 특성을 활용한 대표적이고 중요한 수산자원 조성방법이다. 인공어초 주변에 생태 습성을 파악하려는 방법으로는 어구 조사, 잠수 조사, 음향 조사, 수중 CCTV 및 카메라 조사 등과 같이 다양하게 보고되고 있다. 이중 음향 조사방법은 선박에 음향 시스템을 장착하여 조사가 진행되며 시간의 제약과 탁도 등의 해양환경에 상관없이 조사할 수 있지만, 선박이 일정한 속도로 항주하여 조사가 이루어지는 방법으로 많은 인력과 시간이 소요된다. 해양 관측 분야에 있어서 해양환경, 인력과 시간 등 물리적 제약을 극복하려는 방법의 하나로 해상 부이를 이용한 무인화 계측 기술이 도입되어 항해 안전을 위한 항로표지, 기상관측, 해양환경 모니터링, 국방 감시 등 다양한 목적으로 운영되고 있다. 그러나 해상 부이를 이용한 어류의 생태 습성 및 분포에 대한 모니터링 시스템에 관한 연구 사례는 현저히 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 부이형 어군탐지기를 이용한 수산자원 모니터링 기술을 개발하여 인공어초 주변의 어군분포를 추정하고 해상에서 무선 통신을 이용하여 육상으로 어군탐지기 데이터를 보내 사용자가 직접 감시할 수 있는 시스템을 개발하고자 하였으며, 특히 부이 어탐의 전송항목, 전력소모량, 운영방법 등에 관한 연구에 대하여 보고하고자 한다. Currently, the catch of coastal seas in Korea is decreasing due to indiscriminate overfishing of fishery resources and climate change. In order to effectively protect and manage fishery resources, efforts have been made to strengthen fisheries, such as the operation of the Total Allowed Catch (TAC) system, restructuring of fishing boats, and creation of fishery resources, but the results are insignificant. Among the creation of heavy fishery resources, artificial reefs are artificial structures installed on the seabed for the purpose of settling or attracting target marine life, protecting and cultivating it, and are a representative and important method of creating fishery resources using the living environment and characteristics of marine life. Various methods have been reported to understand ecological habits around artificial reefs, such as fishing gear survey, diving, acoustic survey, underwater CCTV, and cameras. The dual acoustic survey method can be investigated regardless of the marine environment such as time constraints and turbidity by installing an acoustic system on a ship, but it takes a lot of manpower and time for the ship to run at a constant speed. As such, surveys around artificial reefs are being conducted in an artificial way, and a lot of time and labor are consumed. Marine buoys have been operated for various purposes such as route signs, weather observation, marine environment monitoring, and defense monitoring from the past, but research cases on the ecological habits and distribution of fish using marine buoys are significantly insufficient. Therefore, this study aims to develop a system that estimates the distribution of fish groups around artificial reefs by developing a fishery resource monitoring technology using a buoyant fish detector and sends fish detector data on land using wireless communication from the sea.

초고압 처리에 의한 생굴의 탈각 성능, 관능 및 영양 성분 차이 분석

민은비 전남대학교 대학원 2019 국내석사

The oyster (Crassostrea gigas) is a bivalve that belongs to the order Ostreoida. Most oyster farmers use coastal culturing to grow their oysters and methods like hanging culturing often improve their harvests. After harvest, the shell and the adductor muscles are separated from the mollusk, resulting in oyster meat. Most of the current workforce is women, but the number of women in the fishing industry is on the decline. Therefore, new processing methods are needed to shuck oysters. Ultra-high pressure machines use non-heat food processing methods to shuck oysters while keeping the taste, flavor, color, and nutritional content of the meat mostly unchanged. These machines also sterilize the oysters, killing microorganisms. In this study, an ultra-high pressure machine to shuck oysters was developed, and utilizing this machine to process oysters will improve the working environment and increase production efficiency. The sensual properties, nutritional contents, and microorganisms of the oysters shucked by the ultra-high pressure machine were tested. To evaluate the machine’s performance, pressure and pressure-holding time were set for each treatment. After each treatment, the samples were taken out to record the number of shucked oysters. The performance of each treatment was evaluated by its shucking ratio and the features of its shucked oysters: color, shape, smell, salty taste, fishy taste, texture, and preference. The oysters that underwent these ultra-high pressure treatments were analyzed for water, ash, crude fat, crude protein, nutritional content, and total viable cell count. Microbiological examinations were used to detect the presence of V. parahamaemolicus, E. coli, and the coliform group. The shucking ratio generally increased with an increased pressure or a longer pressure-holding time. The highest shucking ratio was 93% for the Tongyeong oysters shucked with a pressure of 220 MPa and a holding time of 10 minutes. The shucking ratio was 87% for the Tongyeong oysters shucked with a pressure of 240 MPa and a holding time of 5 minutes. The shucking ratio for the remaining ultra-high pressure treatment was very low. The sensory test showed that a Tongyeong oyster shucked with a pressure of 220 MPa and a holding time of 7 minutes was the most similar to an oyster shucked by hand. No significant differences between the machine-shucked oysters and the hand-shucked oysters were observed for any of the treatment groups. The moisture, ash, crude fat, and crude protein of the machine-shucked oysters were not significantly different from those of the hand-shucked oysters. The initial microbial content of the total viable cell count had an average of 3.15 for both the machine-shucked oysters and the hand-shucked oysters. The total number of viable cell counts was below that shown in the guidelines of the Ministry of Oceans and Fisheries for oysters. E. coli and the coliform group were not detected. Increasing the pressure or the holding time decreased the number of E. coli. No significant difference was detected for V. parahaemolyticus. 굴 (Crassostrea gigas)은 연체동물문 부조류 사새목 굴과로, 쌍각 조개류이다. 굴의 양식은 천해양식으로 수하식 방법이 가장 많은 생산을 하고 있다. 양식 굴들은 수확한 후 작업자에 의해서 탈각하는 가공 단계를 거친다. 최근에는 굴을 가공하는 방법으로 초고압 처리기술이 주목받고 있다. 식품에서 사용되는 초고압은 영양소와 맛, 외관을 유지하고 미생물 사멸과 효소 불활성화를 돕는 열이 없는 식품 가공기술이다. 본 연구에서는 초고압을 이용한 굴 탈각 기계 성능을 평가하기 위하여, 초고압 기계로 탈각된 굴의 관능, 영양 성분 및 미생물의 차이에 대하여 실험분석하였다. 초고압을 이용한 굴 탈각 기계의 성능 평가는 공정변수 (압력, 압력 유지시간)를 각 초고압 처리마다 설정하였다. 성능 평가에서 압력을 가하여 탈각된 굴은 관능적 특성인 색깔, 형태, 냄새, 짠맛, 비린 맛, 질감, 선호도에 대해 평가하였고, 모든 압력 처리 조건에서 사용된 굴은 영양 성분인 수분, 회분, 조지방, 조단백과 미생물 성분인 총 생균수, 대장균 및 대장균군, V. parahaemolyticus을 분석하였다. 여수산 굴과 통영산 굴에 대한 초고압 처리에서 탈각의 차이를 파악한 결과, 탈각율은 차이가 있었다. 여수산 굴은 220 MPa과 압력유지시간 10분 초고압 처리에서만 27%의 탈각율을 보였고, 통영산 굴은 200 MPa과 압력유지시간 7분 초고압 처리에서 10%, 220 MPa과 유지시간 5분 초고압 처리에서 23%, 220 MPa과 압력유지시간 7분 초고압 처리에서 33%, 220 MPa과 압력유지시간 10분 초고압 처리에서 93%, 240 MPa과 압력유지시간 5분 초고압 처리에서 87%를 나타났다. 압력별로 굴의 탈각율은 220 MPa과 240 MPa 압력에서 탈각율이 가장 높았고, 유지시간은 5분과 10분 처리했을 때 높은 탈각율이 나타났다. 관능평가에서 색깔은 압력 220 MPa과 압력유지시간 7분으로 초고압 처리한 통영산 굴이 가장 높은 평가를 받았고, 형태는 수작업으로 탈각한 통영산 굴, 냄새는 압력 200 MPa과 압력유지시간 7분으로 초고압 처리한 통영산 굴, 짠맛과 비린맛은 수작업으로 탈각한 통영산 굴, 질감은 220 MPa과 압력유지시간 7분으로 초고압 처리한 통영산 굴, 선호도는 수작업으로 탈각한 통영산 굴이 가장 높은 평가를 받았다. 초고압 처리하여 탈각된 굴과 수작업으로 탈각된 굴의 관능평가는 모든 항목에서 차이가 거의 없었다. 생굴의 영양적인 성분인 수분, 회분, 조지방, 조단백 함량은 초고압 처리하여 탈각된 굴과 수작업으로 탈각된 굴이 모든 항목에서 차이가 없었다. 총 생균수는 초고압 처리로 탈각한 굴과 수작업으로 탈각한 굴에서 초기 균수는 평균 3.15 CFU·g¯¹정도로 해양수산부에서 고시된 생식용 생굴 대일수출 요령에 관한 법령에 고지되어있는 생으로 먹을 수 있는 생균수의 이하로 나타났다. 대장균 및 대장균군 검사에서 대장균은 검출되지 않았으며, 대장균군은 압력이 높거나 압력유지시간이 길수록 대장균군 수가 더 적게 검출되었다. V.parahaemolyticus 검사에서는 여수산 굴과 통영산 굴 모두 극소량으로 검출되지 않았다.

동중국해 수산자원 분포와 현존량 추정에 관한 기초 연구

이정관 전남대학교%0A 일반대학원 2024 국내박사

본 연구는 동중국해 해역의 효율적인 수산자원관리와 지속적인 어획량 유지를 위하여 실시한 기초 연구의 일환으로, 전남대학교 실습선 새동백호(GT: 2,996 ton, HP: 3,500 kw)의 최첨단 조사 장비를 이용하여 이 해역의 해양 환경 특성과 수산 자원량 분포 조사를 실시하였다. 저층트롤 조사를 통해 어류의 종과 분포 정보를 파악하였고, 해수에서 eDNA 조사 방법을 이용하여 어종을 식별하고, 과학어군탐지기(Scientific fish finder, EK80, Simrad, Norway)를 이용한 조사 방법을 통해 계절별(월별)로 2022년 4월, 7월, 8월, 11월에 과학적 수산자원 조사를 실시하였다. 해양조사를 통해 수집한 자료를 이용하여 동중국해 해역의 수산자원 분포와 밀도를 파악하고, 본 연구를 통하여 조사해역에서 분포하고 있는 어종, 분포 위치, 분포 밀도 등 현존하는 수산 자원량의 평가 및 추정 기술을 발전시키고, 정도를 개선하고자 하였다. 수층별 수온·염분 측정기(Conductivity temperature depth with water sample, Sea bird SBE 911 Plus, Otronix, USA)를 이용한 해양 환경조사 결과, 해양 환경 변화에 따라 소해면적법을 이용한 저층트롤 조사에서 계절별(월별)로 어획된 출현종과 출현 밀도가 다르게 나타났다. 저층트롤을 이용한 수산자원 조사 결과, 동중국해 조사해역에서 계절별(월별)로 어획된 생물의 총 출현 종수는 어류 21종, 갑각류 6종, 두족류 6종, 극피동물류가 2종 출현하였다. 8월에 생물의 출현 종수는 22종으로 가장 많았고, 4월에는 생물의 출현 종수가 9종으로 가장 적었다. 분류군별 개체수는 갑각류가 전체의 50.4 %로 최우점하였고, 어류가 42.7 %, 두족류가 4.4 %, 극피동물류가 2.6 %의 분포를 나타내었다. 생체량은 어류가 전체의 52.4 %로 최우점하였고, 갑각류가 29.3 %, 극피동물류가 13.5 %, 두족류가 4.8 %의 분포를 나타내었다. 동중국해 조사해역에서 어획된 갑각류의 출현 개체수를 파악한 결과, 깨다시꽃게(Ovalipes punctatus)와 꽃게(Portunus trituberculatus)가 우점하였다. 두족류의 출현 개체수를 살펴보면, 반원니꼴뚜기(Loliolus japonica)와 살오징어(Todarodes pacificus), 매오징어(Watasenia scintillans)가 우점하였다. 어류의 출현 개체수를 파악한 결과, 전갱이(Trachurus japonicus)와 갈치(Trichiurus lepturus), 민어(Sciaenidae), 성대(Chelidonichthys spinosus) 순으로 우점하였다. 소해면적법을 이용한 계절별(월별) 총 단위 면적당 평균 개체수 밀도는 4월에 84.8 (inds./km2)로 가장 낮게 나타났고, 11월에 809.0 (inds./km2)로 가장 높게 나타났다. 계절별(월별) 총 단위 면적당 평균 생체량 밀도는 동일하게 4월에 7,516.7 (g/km2)로 가장 낮게 나타났고, 11월에 52,057.4 (g/km2)로 가장 높게 나타났다. 과학어군탐지기의 38 kHz와 120 kHz 주파수 차이를 이용하여 어류의 음향자료를 추출하고, 추출된 자료의 우점종에 대한 계절별(월별) 수산자원의 시․공간분포를 면적 산란계수(Nautical Area Scattering Coefficient, NASC, m2/nmi2)로 나타낸 결과, 7월에 65.80 m2/nmi2, 11월에 70.10 m2/nmi2로 높게 나타났으며, 4월에 6.63 m2/nmi2, 8월에 0.23 m2/nmi2로 상대적으로 낮게 나타났다. NASC 값을 이용하여 계절별(월별) 우점종의 음향 분포 밀도를 추정한 결과, 4월에 꽃게(P. trituberculatus)가 0.021 g/m2로 나타났고, 7월에 갈치(T. lepturus)가 0.007 g/m2, 고등어(Scomber japonicus) 0.451 g/m2, 전갱이(T. japonicus) 0.335 g/m2로 나타났다. 또한, 8월에 갈치(T. lepturus)가 0.001 g/m2, 고등어(S. japonicus) 0.255 g/m2, 전갱이(T. japonicus) 0.248 g/m2로 나타났으며, 11월에는 병어(Pampus argenteus)가 1.709 g/m2로 나타났다. eDNA를 이용한 메타바코팅 분석 기술로 어종을 식별한 결과, 계절별(월별) 우점종은 4월에 고등어(S. japonicus), 날개다랑어(Thunnus alalunga), 멸치(Engraulis japonicus), 쥐노래미(Hexagrammos otakii)로 나타났고, 7월에는 날개다랑어(T. alalunga), 멸치(E. japonicus)로 나타났다. 또한, 8월에는 다랑어(Thunnini), 멸치(E. japonicus)로 나타났으며, 11월에는 참다랑어(Thunnus orientalis), 날개다랑어(T. alalunga), 멸치(E. japonicus)로 나타났다. eDNA와 과학어군탐지기를 결합한 계절별(월별) 우점종의 평균 밀도는 4월에 고등어(S. japonicus) 0.043 g/m2, 날개다랑어(T. alalunga) 0.085 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.020 g/m2, 쥐노래미(H. otakii) 0.173 g/m2로 나타났다. 7월에는 날개다랑어(T. alalunga) 0.085 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.020 g/m2로 나타났고, 8월에는 다랑어(Thunnini) 0.085 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.020 g/m2로 나타났다. 또한, 11월에는 참다랑어(T. orientlis) 0.057 g/m2, 날개다랑어(T. alalunga) 0.057 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.013 g/m2로 나타났다. 저층트롤 어구를 이용한 어획 조사 결과, 계절별(월별)로 어획된 출현종과 밀도가 다르게 나타났고, 어획 자료를 기반으로 한 우점종의 음향 분포 밀도와 과학어군탐지기 및 eDNA를 결합한 밀도도 계절별(월별)로 다르게 나타났다. 또한, eDNA를 이용한 메타바코딩 분석 기술로 어종을 식별한 결과, 계절별(월별) 우점종이 상이하게 나타났다. 이것은 동중국해 해역에 있어서 해양의 물리화학적 요소, 해류, 서식종 등이 다양하게 변화함과 동시에, 수산 자원량 추정 방법 그리고 식별된 우점종이 상이함에 따라 분포 특성의 차이가 나타난 것으로 생각된다. 본 연구의 결과는 동중국해 해역에서 해양 환경 변화에 따른 어류의 출현종을 파악하는 기초 자료로 이용할 수 있고, 나아가 과학어군탐지기를 이용한 수산자원의 밀도 추정 기술, eDNA를 이용한 어류의 식별 기술 등과 함께, 과학어군탐지기를 이용한 음향 조사에서 물리적 제약에 의해 발생하는 저층 음향 불능 구간(해저 데드존, Bottom Dead Zone)에서 수산 자원량 추정을 저층트롤 어구의 소해면적법으로 추정하여 조사대상 해역의 수산 자원량 평가 기술을 개선하는 기초 연구로 활용될 것이라고 판단된다. 또한, 최근에 새로 도입된 최첨단 트롤 모니터링 시스템과 같은 최첨단 장비는 보다 정확한 자원량 추정을 가능하게 하여, 해양에서의 수산자원평가 기술의 발전과 더불어 추정한 수산 자원량 정도의 신뢰도가 개선될 것으로 판단된다. As part of the basic research conducted to efficiently manage fishery resources and maintain sustainable catch in the East China Sea, this study conducted a survey on the characteristics of the marine environment and the distribution of fishery resources in this area using state-of-the-art research equipment of T/S SAEDONGBAEK (GT: 2,996 tons, HP: 3,500 kw, Chonnam National University). Distributions of fish species were confirmed using bottom trawl and scientific fish finder (EK80, Simrad, Norway). Each species was identified using the eDNA method in seawater. We conducted seasonal (monthly) surveys (April, July, August, and November 2022) using these methods. Using the data collected through marine survey, we tried to understand the distribution and density of fishery resources in the East China Sea, develop technologies for evaluating and estimating existing fishery resources such as fish species, distribution location, and density in the survey area, and improve the degree. Results of the marine environment survey using a conductivity, temperature, depth profile with water sampler (CTD, Sea bird SBE 911 Plus, Otronix, USA) showed different occurrence densities compared to those of the seasonal (monthly) caught species in the bottom-trawl survey using the swept area method. The total number of fish species caught seasonally (monthly) in the East China Sea was 21 teleosteis, 6 crustaceans, 6 cephalopods, and 2 echinoderms. In August, the number of species occurred the most with 22 species, and in April, the number of species occurred the least, with 9 species. As for individuals by taxon, crustacean ranked first with 50.4 % of the total, followed by teleostei with 42.7 %, cephalopods with 4.4 %, and echinodermata with 2.6 %. As for biomass by taxon, teleostei ranked first with 52.4 % of the total, followed by crustacean with 29.3 %, echinodermata with 13.5 %, and cephalopods with 4.8 %. Furthermore, as a result of occurrence individuals of crustaceans caught in the survey area, Ovalipes punctatus and Portunus trituberculatus dominated. As a result of the occurrence individuals of cephalopods, Loliolus japonica, Todarodes pacificus, and Watasenia scintillans dominated. And as a result of the occurrence individuals of teleosteis, the dominant position was in the order of Trachurus japonicus, Trichiurus lepturus, Sciaenidae, and Chelidonichthys spinosus. The average density of individuals per seasonal (monthly) total unit area using the swept area method was the lowest at 84.8 (inds./km2) in April, and the highest at 809.0 (inds./km2) in November. The average density of biomass per seasonal (monthly) total unit area was similarly the lowest at 7,516.7 (g/km2) in April, and the highest at 52,057.4 (g/km2) in November. Using the 38 kHz and 120 kHz frequency differences of the scientific fish finder, the sound data of teleostei was extracted, and the spatiotemporal distribution of seasonal (monthly) aquatic resources for the dominant species of the extracted data was calculated as the nautical area scattering coefficient (NASC, m2/nmi2). The NASC results were high at 65.80 m2/nmi2 in July and 70.10 m2/nmi2 in November, while relatively low at 6.63 m2/nmi2 in April and 0.23 m2/nmi2 in August. Also, as a result of estimating the sound distribution of seasonal (monthly) density of dominant species using NASC, P. trituberculatus was found to be 0.021 g/m2 in April, T. lepturus was found to be 0.007 g/m2, Scomber japonicus was 0.451 g/m2, and T. japonicus was 0.335 g/m2 in July. In August, T. lepturus was found to be 0.001 g/m2, S. japonicus was 0.255 g/m2, T. japonicus was 0.248 g/m2, and Pampus argenteus was found to be 1.709 g/m2 in November. According to the identification of fish species using eDNA, the seasonal (monthly) dominant species were S. japonicus, Thunnus alalunga, Engraulis japonicus, Hexagrammos otakii in April, and T. alalunga and E. japonicus in July, Thunnini and E. japonicus in August, and Thunnus orientalis, T. alalunga and E. japonicus in November. The average density of seasonal (monthly) dominant species combined with eDNA and scientific fish finder was 0.043 g/m2 for S. japonicus, 0.085 g/m2 for T. alunga, 0.020 g/m2 for E. japonicus, and 0.173 g/m2 for H. otakii. In July, the average density of the species was 0.085 g/m2 for T. alunga, 0.085 g/m2 for E. japonicus, and 0.020 g/m2 for Thunnini, and 0.020 g/m2 for E. japonicus in August. In addition, in November, the average density of T. alunga was 0.057 g/m2 for T. alunga, and 0.013 g/m2 for E. japonicus. As a result of the catch survey using bottom-trawl gear, the seasonal (monthly) occurrence of species and caught density were different, and the sound distribution density of dominant species using catch data, as well as the density combining scientific fish finder and eDNA method, were also different by season (month). Additionally, fish species identification using metabarcoding analysis technology using eDNA revealed that seasonal (monthly) dominant species differed. This is thought to be due to various changes in the physicochemical factors, currents, and habitat of species in the ocean in the East China Sea, as well as differences in the method of estimating fishery resources and the identified dominant species. The results of this study can be used as basic data to identify the fish species occurring in the East China Sea due to changes in the marine environment, and furthermore, together with the technology to estimate and identify the density of fishery resources using scientific fish finder and eDNA. Also, it is believed that it will be used as a basic study to improve the assessment technology of fishery resources in the study area of the bottom dead zone caused by physical constraints in the acoustic survey using scientific fish finder. And cutting-edge equipment, such as the recently introduced state-of-the-art trawl monitoring system, is expected to improve the reliability of the estimated amount of fishery resources along with the development of fishery resource evaluation technology in the ocean.

고흥 나로도 주변 해역의 계절별 음향학적 해양 환경 특성

최슬기 전남대학교 2016 국내석사

해역별로 나타나는 수온과 염분의 시·공간 변동은 해양의 다양한 현상과 변화를 일으키므로 해수의 특성은 수온과 염분이라고 할 수 있으며, 수온과 염분의 분포로 해양의 순환 형태와 음속 분포를 파악할 수 있다. 또한, 음속 분포를 파악하고 그와 더불어 해저의 저질을 분석하는 것은 그 수역의 음파의 전파를 이해하는데 중요한 요소가 된다. 본 연구에서는 외나로도 주변 해역의 음향학적 해양환경특성을 이해하기 위해 27개의 정점을 설정하여 2014년 가을, 2015년 봄과 여름에 수심과 수온, 염분을 측정하고 그 값을 기초로 계절에 따라 변하는 음속을 파악하였다. 또한, 저질을 조사하여 저질에 따라 달라지는 반사손실을 구하고 음파반사손실의 계절변동을 파악하였다. 외나로도 주변 해역은 7~24 m의 얕은 수심을 보였고 저질은 대부분 뻘과 모래로 이루어져 있었다. 수온과 염분은 CTD를 이용하여 측정하였으며, 그 값을 기초로 음속은 Mackenzie (1981) 식을 이용하여 구하였다. 4월(봄)의 음속은 1,491.9~1,493.3 m/s 범위였고, 7월(여름)의 음속은 1,521.2~1,535.7 m/s, 10월(가을)의 음속은 1,524.3~1,525.1 m/s로 나타났으며, 수온이 가장 높은 7월(여름)의 음속이 가장 크고, 수온이 가장 낮은 4월(봄)의 음속이 가장 작게 나타났다. 같은 계절에서의 수심별 음속은 거의 동일하게 나타났으나, 계절에 따른 음속은 다르게 나타면서 뚜렷한 계절변동을 보였다. 또한, 해저면의 반사손실을 구하기 위해 APL-UW 모델을 사용하였다. 그 결과, 반사손실은 입사각이 90도 일 때 가장 큰 값을 보였고, 저질이 모래일 때 계절별 최대 반사손실은 4월에 12.9 dB, 7월에 13.4 dB, 10월에 13.3 dB이었으며, 뻘일 때 최대 반사 손실은 4월에 20.1 dB, 7월에 21.2 dB, 10월에 21.1 dB 이였다. 반사손실은 저질이 모래일 때보다 뻘일 때 더 크게 나타났으며, 여기서 저질이 단단할수록 반사손실이 작아지는 것을 알 수 있었다.

앵강만의 조류분포의 특성

이희라 전남대학교 대학원 2014 국내석사

Anggang Bay as a main study area is located in south part of Namhae Island and it is semi-closed sea area and adjacent to the Yeosu Bay. The length of north-south direction is about 7.7km and that of entrance is about 4.8km. The bay feature is small scale to be surrounded by under 600m mountains except northwest because there is north-westerly a huge residential area. Spring tide range is about 2.8m. This bay has high value in terms of physical and biological approach. Therefore, In order to know the characteristics of tidal current in Anggang Bay, It is used EFDC model for simulation. In conclusion, there is certain current inside of the bay during Maximum flood of neap tides. It is also expected that this could help to know the trace of fishes.

한반도 인근해역에서 출현한 해파리의 음향학적 특성

윤은아 전남대학교 대학원 2013 국내박사

The present study was conducted to discover the environmental factors affecting the mass occurrence and distribution of Nemopilema nomurai among the jellyfish that appear in large numbers in Korea, and to learn the acoustic characteristics in order to measure N. nomurai and A. aurita using hydroacoustic. The following methods were used: 1) Centering on the northern East China Sea where N. nomurai appears in large numbers, oceanographic observations of water temperature and salinity contents were conducted, and N. nomurai were collected using FMT and bottom trawling in early summer of June, from 2006 to 2008, to investigate the relationship between marine environments and mass occurrence and appearance of N. nomurai. 2) Using a suspension method, the target strength (TS) for the biological characteristics of N. nomurai at a frequency of 38 kHz and that of A. aurita at a frequency of 70 kHz were measured. 3) To assess TS using acoustic models, the sound speed contrast (h) and density contrast (g) of A. aurita were measured, and the TS values of N. nomurai and A. aurita, according to their sizes, tilt angles, pulsations, and frequencies, were calculated using the distored-wave Born approximation (DWBA) model out of various acoustic models. 4) At the site, behavioral characteristics, in situ TS, and dB difference of N. nomurai and A. aurita between 38 and 120 kHz were observed. The results are summarized as follows. N. nomurai were found in large numbers in early summer of June in the northern East China Sea; the densities of appearance were different year by year due to changes in marine environments. Relatively higher densities were seen in 2007. This is considered attributable to the high water temperatures resulting from the large inflows from Tsushima warm current. The N. nomurai appeared in relatively higher distributions in the western part of the waters investigated, where low salinity content occurred because of diluted water from the Yangtze River. In addition, the appearance of N. nomurai in the northern East China Sea was closely related to their the appearance in Korea. Accordingly, N. nomurai should be continuously monitored in the northern East China Sea. The TS of N. nomurai at frequency 38 kHz increased along with jellyfish size. When the rates of changes in bell diameter due to pulsation were 0.28~0.35, the TS showed changes ranging from 7.8 to 10.3 dB. At a frequency of 70 kHz, the TS of A. aurita showed changes in the range of 13.5~16.5 dB at ±30° tilt angles, and showed a difference of 7.2 dB when the rate of changes in bell diameters due to pulsation were 0.20. The sound speed contrast of A. aurita varied between 0.9966 and 1.0031, and the mean value (±S.D.) was 0.9999 (±0.0017), showing little difference between when pulsations were strong and when pulsations were weak. The density contrast of A. aurita varied between 0.9994 and 1.0004, and the mean value (±S.D.) was 1.0000 (±0.0002), showing little difference between the sample waters. When the mean sound speed contrast 0.9999 and the mean density contrast 0.9890 (Hirose et al., 2009) were applied to the DWBA model, calculated TS closest to those actually measured TS were obtained. The TS values of N. nomurai and A. aurita calculated using the DWBA model showed a tendency of increasing along with sizes. With regard to reduced target strength (RTS) according to tilt angles, the highest value was shown when the tilt angle was 0°, at which the umbrella was vertical; the lowest value was shown when the umbrella was horizontal (tilt angle: 90°). The differences were approximately 10~20 dB, and RTS increased along with frequencies. A. aurita showed RTS differences ranging from -7.6~6.1 dB (25~75%); the null value was excluded from different tilt angles when accompanied by pulsations and when RTS differences caused by pulsations were different according to tilt angle. Among frequency characteristics of N. nomurai when the tilt angle was 0°, 38 kHz appeared most lowly, followed by 200, 70, 120, and 420 kHz, in order of precedence. In the case of A. aurita, 38 kHz appeared most lowly, followed by 70, 120, 200, and 420 kHz, in order of precedence. The frequency characteristics varied jellyfish by jellyfish. Among the behavioral characteristics of N. nomurai and A. aurita assessed using acoustic at the site, N. nomurai displayed more active swimming behaviors than did A. aurita, in terms of depth change, vertical direction, and moving speed. In addition, at frequencies of 38 and 120 kHz, the in situ TS of N. nomurai were distributed in a range of approximately -70 to -45 dB, while those of A. aurita were distributed in from approximately -85 to -50 dB. Thus, the TS of N. nomurai was shown to be higher than that of A. aurita. ?MVBS120-38, which is the TS differences between the two frequencies, were -2.2~5.6 dB in the case of N. nomurai and -1.5~3.5 dB in the case of A. aurita. The aforementioned results can be used as data for predicting the appearance of N. nomurai in relation to changes in marine environments, as well as basic data for detecting jellyfish by hydroacoustic over wide areas in a short time, and for assessing abundance and distribution of jellyfish. 본 연구는 우리나라에 대량 발생하는 해파리 중 노무라입깃해파리의 대량 발생 및 분포에 영향을 미치는 환경 요인을 파악하고, 수중음향으로 노무라입깃해파리와 보름달물해파리를 계측하기 위하여 음향학적 특성을 파악하는 연구를 수행하였다. 1) 노무라입깃해파리가 대량 발생한 북동중국해를 중심으로 2006~2008년 6월 하순에 수온과 염분의 해양관측과 FMT와 저층트롤로 노무라입깃해파리를 채집하여 해양환경과 노무라입깃해파리의 대량 발생 및 출현과의 관계를 조사하였다. 2) 현수법을 이용하여 주파수 38 kHz에 대한 노무라입깃해파리, 주파수 70 kHz에 대한 보름달물해파리의 생물학적 특성에 대한 초음파산란강도(target strength, TS)를 계측하였다. 3) 음향 모델로 TS를 평가하기 위하여 보름달물해파리의 음속비와 밀도비를 측정하였고, 여러 음향 모델 중 DWBA(distorted-wave Born approximation) 모델을 이용하여 노무라입깃해파리와 보름달물해파리의 사이즈, 유영 자세각, 박동, 주파수에 따른 TS를 계산하였다. 4) 현장에서 주파수 38과 120 kHz에 대한 노무라입깃해파리와 보름달물해파리의 행동 특성, in situ TS, 주파수 차이를 파악하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 노무라입깃해파리는 6월 하순 북동중국해에서 대량 발견되었고, 해양환경 변화에 따라 년도 마다 출현 밀도가 다르게 나타났다. 2007년에 상대적으로 높은 밀도를 나타내었는데 이것은 쓰시마 난류의 유입이 많은 높은 수온 때문으로 판단되고, 출현한 노무라입깃해파리는 양자강 유출수가 유입되어 저염분이 나타나는 조사 해역의 서쪽에서 상대적으로 높은 분포를 보였다. 뿐만 아니라 북동중국해에 노무라입깃해파리의 출현이 우리나라의 출현과 밀접한 관계를 보여 북동중국해에서 노무라입깃해파리의 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료된다. 현수법으로 측정한 주파수 38kHz에 대한 노무라입깃해파리의 TS는 사이즈가 커짐에 따라 높아지고, 박동에 따른 우산의 직경 변화율이 0.28~0.35일 때 TS는 7.8~10.3 dB의 변화를 보였다. 주파수 70 kHz에 대한 보름달물해파리의 TS는 ±30°의 유영 자세각에 따라 13.5~16.5 dB의 변화를 보였고, 박동에 의한 우산의 직경 변화율은 0.20일 때 TS는 7.2 dB의 차이를 나타내었다. 보름달물해파리의 음속비(h)는 0.9966~1.0031이었고, 평균값(±S.D.)은 0.9999(±0.0017)으로 박동이 활발할 때와 미약할 때의 차이는 거의 나타나지 않았다. 보름달물해파리의 밀도비는 0.9994~1.0004이었고, 평균(±S.D.)은 1.0000 (±0.0002)으로 샘플 해역에 따라 큰 차이를 보이지 않았다. 또한, DWBA 모델에 평균 음속비 0.9999, 평균 밀도비 0.9890(Hirose et al., 2009)를 적용했을 때 실측값과 가장 근사한 값을 보이는 것을 알 수 있었다. DWBA 모델로 계산한 노무라입깃해파리와 보름달물해파리는 사이즈가 커짐에 따라 TS가 높아지는 경향을 나타내었다. 유영 자세각에 따른 표준화 TS(reduced target strength, RTS)는 우산이 수직인 유영 자세각(0°)일 때 가장 높았고, 수평일 때(90°) 가장 낮은 값이 나타내었으며, 그 차이는 약 10~20 dB로 주파수가 커짐에 따라 RTS의 차이가 커지는 현상을 보였다. 보름달물해파리는 유영 자세각별 박동을 동반했을 때 RTS는 -7.6~6.1 dB(25~75%)의 차이를 나타내었고, 유영 자세각 마다 박동에 의한 RTS 차이가 다름을 알 수 있었다. 유영 자세각이 0°일 때 노무라입깃해파리의 주파수 특성은 38, 200, 70, 120, 420 kHz의 순으로 높게 나타났고, 보름달물해파리는 38, 200, 70, 120, 420 kHz으로 높았으며, 해파리마다 주파수 특성의 차이가 있었다. 현장에서 음향으로 평가한 노무라입깃해파리와 보름달물해파리의 행동 특성 중 이동 수심, 수직 이동 방향, 유영 속도는 노무라입깃해파리가 보름달물해파리에 비하여 더 활발한 유영 행동을 보였다. 뿐만 아니라 주파수 38과 120 kHz에 대한 노무라입깃해파리의 in situ TS는 약 -70~-45 dB의 분포를 보였고, 보름달물해파리는 약 -85~-50 dB으로 노무라입깃해파리의 TS가 보름달물해파리보다 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. 두 주파수 차이인 ?MVBS120-38는 노무라입깃해파리의 경우 -2.2~5.6 dB, 보름달물해파리의 경우 -1.5~3.5 dB으로 나타내었다. 이상의 결과들은 해양환경 변화에 따른 노무라입깃해파리의 출현을 예측하는 자료로 이용할 수 있고, 음향을 이용하여 빠른 시간내에 넓은 해역에서 서식하고 있는 해파리를 탐지하거나 분포 및 현존량을 평가하는 기초 자료로 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

태안 바다목장 해역에 있어서 음향 조사와 저서어류의 어획 자료를 이용한 수산 자원의 현존량 추정

타카노아유미 전남대학교 대학원 2014 국내석사

서해 중부에 위치한 태안 바다목장 해역 주변에 서식하는 수산자원의 현존량 추정은 수산 음향 조사와 어획 조사 자료를 2가지 방법을 이용하여 실시하였다. 음향 조사는 2013년 9월 2일에 음향 조사 시스템 200 kHz dual beam 방식인 계량어군탐지기를 이용하여 인공어초가 투하된 해역을 중심으로 설정된 조사 라인을 따라 항주하고 데이터를 수집하였다. 또한, 음향 조사로 탐지된 어류의 종조성을 파악하기 위하여, 홑자망과 스프링통발을 이용한 어획 조사를 실시하였다. 계량어군탐지기로 탐지 못하는 데드존 내에 분포하는 어류의 밀도를 파악하기 위해 2013년 8월 17일 실시된 새우조망의 어획 자료를 이용해서 소해면적법으로 어류 자원밀도를 구하였다. 결과, 수집한 음향 조사 데이터로 분석된 어류의 수직분포는 분석한 결과 인공어초가 집중 투하된 구간에서 고밀도 어군이 분포하였고, 특히 저층 부근에 분포하고 있는 것이 확인되었으며, 이 때, SV는 약 -60~-55 dB이였다. 어류의 공간 분포 특성은 내파수도 주변, 외파수도에서 북서 해역, 그리고 인공어초가 집중 투하 된 내파수도와 외파수도 사이의 해역에서 고밀도 어군의 분포가 탐지되었다. 홑자망과 스프링 통발에 의한 어획 조사 결과, 홑자망에서는 9종 132마리가 어획되었고, 그 중 대부분은 넙치였으며, 스프링 통발은 5종 128마리로 대부분이 참돔, 조피볼락이었다. 음향 자료, 우점종의 체장-체중 관계식 그리고 우점종의 TS를 이용해서 어류의 밀도를 구하고 조사 해역의 면적으로 현존량을 계산한 결과 해수면~해저면 위 5 m까지는 평균 밀도가 2.67 g/㎡, 현존량이 124 ton이었고, 해저면 위 5 m~해저면까지는 평균 밀도가 5.19 g/㎡, 현존량은 240 ton로 추정되었다. 음향 조사로 탐지 하진 못하는 해저 데드존 내의 어류의 현존량을 파악하기 위하여 실시된 새우조망을 이용한 어획 조사 결과에서는 보구치, 참서대, 도화망둑, 황매퉁이, 참돔이 우점하였다. 어획 자료를 소해면적법을 이용하여 평가한 데드존 내의 어류의 단위면적당 개체수와 생체량은 각각 0.04 ind./㎡, 0.48 g/㎡이었고, 현존량은 22.1 ton로 추정되었다. 이 결과로부터 태안 바다목장 해역에서 어류의 현존량은 386 ton로 추정되었고, 음향 조사에 따른 어류의 현존량과 해저 데드존 내의 현존량을 합하면 현존량이 5.6% 상승하므로 음향 조사 결과를 새우조망 어획 조사 자료를 보완하는 유효한 방법으로 생각된다.

입자영상유속계측기법을 이용한 해파리 유영행동 특성 분석

편용범 전남대학교%0A 일반대학원 2024 국내박사

해양 환경은 다양하고 극한 조건을 가지고 있어 인간의 접근에 많은 한계가 있다. 장애물이 많은 사각지대, 깊은 수심, 탁한 시야, 강력한 해류는 해양 탐사를 어렵게 만드는 요인들이다. 지구 표면의 70% 이상을 차지하는 해양은 인류에게 오랜 시간 동안 거의 알려지지 않은 미지의 공간으로 인간이 직접 탐사하고 개발하는데 많은 제약이 따르기 때문에, 수중 로봇 시스템의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 시스템은 해양 환경 탐색과 자원 개발을 무인으로 수행할 수 있으며, 이는 인간이 직접 수행할 때 보다 많은 이점을 제공한다(Luo et al., 2016). 수중 로봇은 주로 프로펠러 추진체를 사용하며, 대표적으로 ROV(Remotely Operated Vehicle)와 AUV(Autonomous Underwater Vehicle)의 형태로 제작된다. 이들은 해양 탐사, 연구, 자원 개발 등 다양한 임무를 수행한다. 그러나 프로펠러 기반 추진체는 해류가 불규칙할 때 성능이 저하되는 단점이 있다. 특히, 해양 환경의 끊임없이 변화하는 해류에 대응하는 데에 있어 일반적인 프로펠러 추진체는 자연에서 발견되는 수상 생물에 비해 약 40-50% 정도의 효율로 작동한다고 Habib (2013)는 설명하였다. 이러한 문제를 해결하고자 최근에는 해양 생물의 외형과 유영행동을 모방한 BUV(Biomimetic Underwater Vehicle) 개발이 이루어지고 있다. 이 로봇은 자연 생물의 효율적인 추진 방식을 모사하여 에너지 효율이 높은 추진체를 사용하고 있다. 이로 인해 더 복잡하고 다양한 임무를 수행할 수 있게 되었으며, 해양 환경에서의 운용 가능성과 효율성이 크게 향상되었다. 수중 로봇 시스템에서 추진체는 성능과 에너지 효율성을 결정짓는 핵심 요소다. Krieg과 Mohseni (2013)의 연구에 따르면, 해파리의 추진 방식을 모방한 추진체는 기존의 수중 추진체에 비해 70% 이상의 효율을 보였다. 해파리의 유영 행동은 크게 두 가지로 구분된다. 첫째는 후행 제트 방식으로, 외부 해수를 흡입한 뒤 입을 통해 내뿜어 추진력을 생성한다. 둘째는 갓의 수축과 이완을 통한 노 젓기 형태로, 이는 탄성 있는 갓을 활용하여 더 멀리 이동하는 방식이다. 해파리는 갓의 탄성을 활용해 추진체 없이도 최대 80% 더 멀리 이동할 수 있는 능력을 가지고 있다. 고정된 갓의 탄성을 변화시키면, 수축 강도에 따라 추진 속도가 증가하는 것이 관찰되었다. 이러한 해파리의 효율적인 추진 메커니즘이 모방된 로봇은 실험실 환경에서 최대 2.8배 향상된 속도를 보여주었다. 이는 해파리의 유영 행동과 기하학적인 외형의 변화가 복합적으로 작용하여 높은 추진 효율을 발휘한다는 것을 의미한다.따라서 해파리의 추진력과 유영 행동의 특성을 정확히 이해하고 모방하기 위해서는 PIV(Particle Image Velocimetry)와 같은 비접촉식 계측기법과 운동 에너지 모델을 사용해 이들의 유영 행동을 정량적으로 측정할 필요가 있다. 해파리와 같은 일부 해양 생물은 제트 추진을 이용해 움직입니다. 이 유영행동은 주로 두 가지 방식, 즉 노 젓기와 후행 제트로 구분됩니다. 해파리는 갓의 근육을 수축시켜 물을 밀어내고, 이완하여 물을 흡입함으로써 연속적으로 전진한다. 이는 노를 젓는 것과 유사한 방식으로 근육을 사용하여 물리적인 힘을 물에 가하여 추진력을 발생시킨다. 후행 제트는 유체 분출이 노즐 또는 오리피스를 떠날 때 생성되는 흐름 패턴을 의미한다. 유체가 좁고 집중된 흐름을 형성하여 결국 와류를 형성하고 퍼지고 분사되어 특징적인 후행 패턴을 생성한다. 노 젓기 유영행동하는 대표적인 보름달물해파리를 2015년 6월 전라남도 여수시 가막만(위도 : 34°44.51’N, 경도 : 127°39.30’E)에서 직경 10~19cm, 무게 59.70~290.56g, 20마리를 채집하여 PIV 실험과 Dainel(1983; 1985)의 운동 에너지 모델을 사용하여 복합적으로 형성되는 추진 에너지를 계산하였다. 후행 추진 유영행동하는 대표적인 작은상자해파리를 2020년 9월 경상남도 남해군 미조면 송정리(위도 : 34°43.37’N, 경도 : 128°02.06’E)에서 직경 2~4cm, 무게 11.26~13.45g, 20마리를 채집하여 PIV 실험을 수행하였다. 2차원 PIV는 계조치상호상관법을 사용하여 입자를 추적하고, 후처리 과정에서 순시 속도 벡터의 에러 처리와 유체역학적인 물리량인 와도(Vorticity)를 계산하였다. 유동장의 물리적 현상을 다점 계측된 속도 벡터를 정량적으로 분석하고 유영 메커니즘을 가시화하였다. PIV는 다양한 과학 및 공학적 문제 해결에 있어 중요한 도구로 활용되고 있는 비접촉 측정법으로 해파리의 물리적 특성을 분석할 수 있는 매우 강력한 정량적 측정기법이다. 두 가지 유영행동을 측정한 PIV 장비는 Nd-Yag 레이저(VA-Ⅱ-N-532-Green, Viasho , China), 디지털 영상수집장치(MX4, Dalsa, USA), PIV system controller(LC880, Labsmith, USA), PIV 카메라(VH-310M-M264, ViewWorks, USA)와 PIV 분석 소프트웨어가 포함된 PC로 구성된다. 단일 PIV 카메라와 Nd-Yag Laser를 2㎜ 두께의 빔 폭으로 측정 대상(Object of observation)의 양쪽에서 그림자(Occlusion)가 생기지 않게 광원을 주사하였다. 해파리의 유영은 비대칭적인 특성이 있으므로 정확한 유영 분석을 위하여 같은 출력의 2대의 레이저 광원을 사용하였다. 보름달물해파리의 회전 유영행동에서 좌우 갓의 와 구조와 속도의 비대칭성이 측정되었다. 회전할 때 종횡비의 변화는 와 구조의 변화와 매우 밀접한 관련이 있으며, 0.531과 0.496의 특정 종횡비에서 대칭적인 와 구조가 비대칭적으로 변화한다. 이는 해파리의 노 젓기 유영행동과 관련이 깊으며, 노 젓기 추진력이 감소하는 특정 구간에서는 와 구조가 사라지는데, 이는 와도 추력 유영 메커니즘과 관련이 있다. 또한, 해파리의 회전 유영시 종횡비 변화에 따른 와도 구조의 변화를 도식화하여 유영행동 특성을 명확히 이해할 수 있도록 하였다. 와도 분석을 통해 해파리 회전 유영 시 갓의 노 젓기 운동이 중지되는 순간과 이에 따른 추진력의 변화를 명확히 규명하였다. Daniel(1983)의 추력 모델은 해파리의 기하학적 형태와 PIV로 측정된 데이터를 비교 분석하여 추력 형성 및 진행 과정의 유사성을 확인하였다. 모델링 결과는 실제 추력과 약 74.7% 유사하게 나타났으며, 이는 모델이 노 젓기 유영행동을 상당히 잘 반영하고 있음을 의미한다. 노 젓기 유영행동은 전체 추력 과정에서 초기에는 추력을 134% 과대평가하는 경향이 있었고, 이후에는 60% 과소평가하는 경향이 있다. 이러한 결과를 통해 해파리의 노 젓기 유영행동과 관련된 네 가지 추력 메커니즘을 더 잘 이해하고, 해파리 유영 모델의 정확성을 향상할 수 있는 실험적 방법이다. 후행 추진하는 작은상자해파리는 유영 형태에 따라, 흡입 전 최대 면적과 토출 후 최소 면적 사이에는 약 1.10배의 차이가 있으며, 토출 후의 최대 이동 거리와 흡입 후의 최소 이동 거리 사이에는 2.48배의 차이가 있다. 이는 내부 면적의 크기가 이동 거리와 반비례하며, 추진 형태에 따라 이동 거리와 속도가 비례하여 변한다. 구간별 속도는 0.15~0.2초 간격으로 증가 감소가 반복되며 주기는 약 0.5초로 측정되었다. 토출 부의 추진 속도는 6.0×10-2㎧로 촉수주위의 속도 1.0×10-2㎧의 600% 높은 것으로 측정되었다. 해파리의 속도와 이동 거리를 0.1초 간격으로 14지점에서 측정하고, C형 와도의 생성과 소멸 과정을 가시화하여 분석하였다. 이 와도는 해파리가 물을 배출하면서 생성되며, 해파리의 이동 방향으로 하나의 C자형 와류를 형성한다. 이 와류는 해파리가 0.5초 간격으로 흡입과 분출을 반복하며 유영할 때마다 생성되고 소멸하는 반복적인 패턴을 보인다. 후행 제트(Trailing Jet) 속도는 평균 5.5×10-2㎧로 이동속도 3.64×10-2㎧ 비교하여 66.18%의 추진능력을 갖추고 있다. 작은상자해파리의 수축 주기를 와도구조로 가시화 결과 수축 주기는 0.45 ~ 0.55sec으로 반복되며 일정한 형태의 초기 와도가 발생하였다. 편평형의 노 젓기 추진을 하는 보름달물해파리와 장형의 후행 추진하는 작은 상자해파리의 기하학적 외형 변화에 따른 유영행동과 와도의 형성 과정을 통해 상대적인 차이점을 연구하였다. 국내 연근해에서 출현하는 해파리를 대상으로 생태학적 연구자료를 근거로 유영 행동에 관한 연구가 진행하였다. 차후 지구온난화로 인한 수온 상승의 영향으로 외래종의 유입과 대량 출현에 따른 국내 산업의 피해가 예상된다. 기존 연구에서는 해파리의 이동은 해류에 의존하는 것으로 보고되고 있지만, 본 연구에서는 노 젓기와 후행 추진의 형태로 이동하는 능동적인 유영행동에 관한 연구를 통해 복합적인 추력 메커니즘을 해석할 수 있는 실험적 방법과 운동 모델을 이용한 수학적 해석이 가능하다. 또한, 작은상자해파리와 같이 우수한 시각적인 능력을 갖추고 있는 종에 대해서는 유영 행동에 관한 추가적인 연구가 진행될 필요가 있다. 다양한 자극원(빛, 촉수의 반응)에 대한 시각적 반응과 이에 대한 유영 행동에 관해서 실험적 연구가 진행된다면 아직 미개척 해양 생물을 이해하는 정량적인 가시화 방법이 될 수 있을 것이다. ROV와 AUV의 에너지 효율 추진체 모델링 설계를 위한 PIV를 이용한 측정 방법을 제시하고 나아가 해양 생물을 모사한 BUV 제작을 위한 기초적인 연구를 제시할 수 있을 것이다. 차후 3차원적인 유동구조 해석을 위한 3차원 PIV기법을 적용한다면 보다 에너지 효율적인 설계를 도출할 수 있을 것이다.

과학어군탐지기를 이용한 보령 연안의 어군의 분포와 자원량 추정에 관한 연구

윤은아 全南大學校 2009 국내석사

최근 세계적으로 과도한 남획으로 인하여 자원고갈 현상이 일어나고 있는데 이러한 문제를 해결하기 위해 어업자원을 보호하기 위한 수단으로 수산 선진국에서 과학어군탐지기를 이용한 수산자원 평가가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 계절별로 회유하고 있는 수산생물의 분포 및 우점종 자원량을 추정하기 위해 2006년 9월∼2007년 6월 사계절에 걸쳐 과학어군탐지기를 이용하여 보령연안 해역에서 현장조사를 실시하였다. 조사해역은 수심과 섬의 위치를 고려하여 조사정선을 설계하였으며, 조사에 이용된 시스템은 200kHz Dual beam 방식의 진동자와 송·수신기, 지시기, 신호처리기, GPS로 구성되었고, 현장에서 기록된 데이터는 차후 실험실에서 에코데이터 분석 소프트웨어를 이용하여 처리하였다. 계절별 면적산란강도(SA)는 2006년 9월 여름철은 -62.0∼-68.0dB, 2006년 11월 가을철은 -65.0∼-72.0dB, 2007년 3월 겨울철은 -63.0∼-71.0dB, 2007년 6월 봄철은 -55.0∼-66.0dB로 나타났다. 또한 수산생물이 많이 분포하고 있는 해역의 평균 후방산란강도(TS)는 여름철에 -57.0dB, 가을철에 -69.2dB, 겨울철에 -69.1dB, 봄철에 -64.8dB이었다. 근해안강망으로 어획된 총 어획량과 수산생물은 2006년 9월 29일∼30일에는 약 14.6톤 어획되었고, 멸치가 전체 어획량의 99%로 단일 수산생물로 극우점하였다. 2006년 11월 19일∼20일에는 총 어획량은 약 7.5톤으로 젓새우가 많이 어획되었다. 2007년 3월 23일∼24일에는 약 11.5톤이 어획되었고, 가을철과 같이 젓새우가 우점하였다. 2007년 6월 12일∼13일 어획량은 약 14.7톤으로 꽃새우와 꼴뚜기가 많이 어획되었다. 위의 자료를 토대로 계절별 우점종의 자원량은 여름철에 멸치가 약 11,164.7톤, 가을철에는 젓새우가 약 423.3톤, 겨울철에는 가을철과 같은종인 젓새우가 약 2,063.8톤, 봄철에는 꽃새우가 약 13,397.7톤, 꼴뚜기가 약 153.4톤으로 추정되었다. 음향자료와 어획자료를 비교해 본 결과 면적산란강도(SA)와 평균 후방산란강도(TS)가 여름철과 봄철에 가을철과 겨울철보다 높았으며, 어획량 또한 여름철과 봄철이 많았다. Fisheries resources around the world are being depleted by overfishing. Therefore, countries with advanced marine technology are actively conducting fisheries resource assessments by using the scientific echo sounder in order to preserve their own fisheries resources. The biomass estimation and distribution of the fish school in Boryeong coastal area were studied by using the scientific echo sounder from September 2006 to June 2007, with samples taken during each of the four seasons. The survey was performed by using 200kHz dual beam system, transmitter-receiver, indicator and GPS. Collected data was analyzed by using Echo view software. The survey line was desinged after due consideration of the depth and the location. Based on the survey line the survey waters were divided into six sections of 227.68km2. The area backscattering strength(SA) was -62.0 to -68.0dB during September 2006(summer), -67.0 to -72.0dB during November 2006(autumn), -65.0 to -71.0dB during March 2007(winter) and -55.0 to -66.0dB during June 2007(spring). In addition, the mean target strength(TS) of the survey area distributed many fishes in September, November, March and June was -57.0dB, -69.2dB, -69.1dB and -64.8dB, respectively. The catch was about 14.6ton on 19~20 September 2006, about 7.5ton on 11~19 November 2006, about 11.5ton on 23~24 March 2007 and about 14.7ton on 12~13 June 2007. The dominated aquatic organisms were anchovy in autumn, akiami paste shrimp in winter and spring, and southern rough shrimp and beka squid in winter. The existing biomass of each dominant species was estimated as about 11,164.7ton of anchovy in summer, about 423.3ton of akiami paste shrimp in autumn, about 2,063.8ton of akiami paste shrimp in winter, and about 13,397.7ton of southern rough shrimp and about 153.4ton of beka squid in spring. The area backscattering strength(SA) and mean target strength(TS) were higher in summer and spring than they were in autumn and winter. Also the catch frequented in summer and spring.