O uso da acústica multifrequência na caracterização das comunidades pelágicas no Arquipiélago Fernando de Noronha e Atol das Rocas

RESUMO

A acústica submarina tem um potencial ainda não aproveitado no que diz respeito à caracterização da variedade de componentes bióticos dos ecossistemas. Atualmente muitos métodos (e.g., diferença da refletividade, modelos gaussianos) são usados para classificação multifrequência. Este estudo tem o objetivo de propor e implementar um método baseado na distribuição espacial multifrequência dos ecos de diferentes grupos de organismos, com aplicação em ilhas oceânicas do Nordeste do Brasil. Inicialmente, os ecos dos diferentes grupos de organismos são definidos através de amostras obtidas in situ. Posteriormente, aplica-se um critério de separação objetiva baseado na máxima diferença de energia acumulada em cada componente de duas frequências para maximizar a quantidade de energia dentro de cada grupo, quando comparadas com o grupo mais próximo. Este método foi aplicado usando dados coletados com quatro frequências (38, 70, 120 e 200 kHz) durante a campanha ABRAÇOS (Acoustics along the BRAzilian COaSt), no entorno do Arquipélago Fernando de Noronha (FDN) e Atol das Rocas (ADR), uma região caracterizada pela baixa produtividade e alta biodiversidade. Durante este processo, foram utilizados até cinco componentes bi-frequência. A aplicação desta metodologia permitiu a separação de 6 grupos Peixes (Sv38 ~ Sv70 ~ Sv120), dois tipos de Ressonantes a 38 kHz (Sv 38 > Sv70 > Sv120 > Sv200) associados com gelatinosos, Fluid-like (Sv38 < Sv70 < Sv120) associados com o zooplâncton, Ressonantes a 70 kHz (Sv38 < Sv70 > Sv120 > Sv200), associados com algas e um grupo de ecos Não definidos. Os resultados são coerentes em termos dos padrões de distribuição de cada um dos grupos. Pode-se observar a importância dos gelatinosos, que são o grupo dominante ao redor de FDN e ADR, formando uma densa camada sobre a termoclina. Estes resultados abrem novas possibilidades a serem exploradas acerca do conhecimento dos padrões de distribuição e interação de vários grupos biológicos em ecossistemas aquáticos.

ABSTRACT

Underwater acoustics have an unrealized potential for multicomponent biotic and abiotic ecosystem characterization. A variety of methods (e.g., backscattering differences, clustering, Gaussian model) are currently used for multifrequency classification. This study aims at proposing and implementing a method based on the distribution of different groups of organisms echoes on multifrequency spatial planes, to be applied on acoustic data collected around oceanic islands of the Northeast Brazil. Initially, echoes of different groups of organism are defined a priori using in situ sampling. Then we apply an objective separation criteria based in the maximum difference of cumulated energy in each bi-frequency component, to maximize energy allocation within a given group when compared to the nearest one. This method was applied on four frequencies (38, 70, 120 and 200 kHz) data collected in the frame of the ABRAÇOS (Acoustics along the BRAzilian COaSt) project, around Archipelago of Fernando de Noronha and Atoll das Rocas, an area characterized by a low productivity but high biodiversity. For this process, up to five bi-frequency components were used for group discrimination. By applying the method we could discriminated six groups Fish like (Sv38 ~ Sv70 ~ Sv120), two types of High Resonant at 38 kHz (Sv38 > Sv70 > Sv120 > Sv200) associated to gelatinous, Fluid Like (Sv38 < Sv70 < Sv120) associated to crustacean macrozooplankton, High Resonant at 70 kHz (Sv38 < Sv70 > Sv120 > Sv200) associated to algae, and a group of Unclassified echoes. Results are coherent in terms of distribution pattern of each group. Among other we could reveal the importance of gelatinous that were the dominant group in the vicinity of oceanic islands where it formed a dense layer above the thermocline. These results open new perspectives to improve knowledge on the patterns of distribution and the interaction of a variety of functional groups in this and other aquatic ecosystems.