Weiterentwicklung von physikalischen Messmethoden zur nicht-invasiven in-situ Erfassung von Plankton und Fischen

Hintergrund und Zielsetzung

Das Ziel des Projektes ist es, hydroakustische und optische Methoden einzusetzen, um eine kontinuierliche, automatisierte, hochaufgelöste und nicht-invasive Erfassung mariner Organismen in ihrer natürlichen Umgebung zu ermöglichen. Optische und akustische Verfahren können hierbei einzeln oder kombiniert genutzt werden, um die herkömmlichen Netzprobenahmen zu ergänzen, da beide Verfahren in unterschiedlichsten Umgebungen nicht-invasiv eingesetzt werden können und zudem eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung bieten. Die akustischen Verfahren mit niedrigeren Frequenzen (38-200 kHz) bieten für die Erfassung von zum Beispiel Fisch und Zooplankton den Vorteil, dass sie in moderaten Entfernungen (zehn bis hunderte von Metern) eingesetzt werden können und große Volumina erfassen. Andererseits können optische Methoden zur eindeutigen Identifizierung von Tieren wie Fischen und Zooplanktonorganismen eingesetzt werden; vorausgesetzt, die Vergrößerung ist groß genug und das Wasser ist klar. Vor diesem Hintergrund werden am Thünen-Institut sogenannte in-situ-Geräte auf verschiedenen stationären, aber auch mobilen Geräteträgern eingesetzt sowie autonome Auswerteverfahren weiterentwickelt, um die Vorteile sowohl der optischen als auch der akustischen Methoden zu nutzen.

Zielgruppe

Politische Entscheidungsträger: innen; Meeres- und Fischereiwissenschaftler: innen

Vorgehensweise

Am Thünen-Institut werden zur kontinuierlichen, teilweise automatisierten, hochaufgelösten und nicht-invasiven Erfassung mariner Organismen verschiedenste Kamera- und Sonarsysteme einzeln oder kombiniert eingesetzt. So wurden z.B. basierend auf der Kombination von einem verankerten akustischen Doppler-Strömungsmesser (ADCP) sowie eines Video-Plankton-Rekorders die Verteilungsmuster von Zooplanktongemeinschaften mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung untersucht. Der Video-Plankton-Rekorder bietet zudem den Vorteil, dass fragile Arten, wie z.B. gelatinöses Plankton, in-situ untersucht und in Kombination mit den ADCPs etwaige Zooplanktonarten durch dieses bildgebende Verfahren identifiziert werden. Der ADCP ermöglicht nicht nur eine 3D-Vermessung des Strömungsfeldes, sondern auch eine Messung der akustischen Rückstreustärke entlang aller vier Schallstrahlen. Mit Hilfe dieser Daten ist es möglich, tägliche oder auch saisonale Vertikalwanderungsmuster einzelner Zooplanktongemeinschaften zu untersuchen. Generell ist eine genaue Charakterisierung verschiedener mariner Ökosysteme mit hydroakustischen Daten ohne die zusätzliche Einbindung biologischer Informationen jedoch nur eingeschränkt möglich. Gleichzeitig lassen sich aus der Nutzung der optischen Daten nur begrenzt quantitative Informationen ableiten. Da demnach sowohl akustische als auch optische Überwachungssysteme ihre individuellen Vorteile, aber auch Schwächen, aufzeigen, wurden und werden in mehreren Studien beide Messmethoden gleichzeitig eingesetzt, um von den gewählten Kombinationen zu profitieren und mittelfristig ein autonomes und nicht-invasives Monitoring verschiedener mariner Ökosysteme und deren Ressourcen zu ermöglichen.

Unsere Forschungsfragen

Wie lassen sich optische und hydroakustische Messgeräte und deren Auswertemethoden je nach wissenschaftlicher Fragestellung am besten kombinieren und weiterentwickeln, um ein automatisiertes, nicht-invasives sowie zeitlich und räumlich hochaufgelöstes Monitoring mariner Ökosysteme zu ermöglichen? Wie können wir die hydroakustischen und optischen Messmethoden und die Qualität der bereitgestellten Daten verbessern?

Vorläufige Ergebnisse

Veröffentlichung in internationalen Fachzeitschriften Vorträge und Publikationen im Rahmen verschiedener ICES-Arbeitsgruppen, z.B. Working Group on Operational Oceanographic Products for Fisheries and Environment (WGOOFE), Working Group on Fisheries Acoustics, Science and Technology (WGFAST), Working Group on International Pelagic Surveys (WGIPS) Vorträge auf internationalen wissenschaftlichen Kongressen