한국 연근해 보름달물해파리의 음향 산란특성 연구

Abstract

최근 전 세계적으로 다양한 해파리 들이 급증하여 해양 생태계 및 수산 자원과 인간에게 부정적인 영향을 주고 있다. 그 중 보름달물해파리는 국내에 자생하고 있는 종(species)으로, 전 연안에 걸쳐 대량 발생하여 발전소와 같은 산업계 및 수산업계에 큰 피해를 주고 있다. 본 연구에서는 보름달물해파리(Moon jellyfish, Aurelia aurita)의 피해를 사전에 예방하기 위한 방법으로 수중 음향기법을 이용하여 보름달물해파리의 음향 산란 특성을 연구하였고, 이를 통해 보름달물해파리를 조기에 탐지할 수 있도록 하였다. 수중 음향을 이용한 음향 조사 기법은 넓은 지역의 수평적인 분포 특성뿐만 아니라, 전 수층에 대한 수직적인 분포 및 연속적인 조사가 가능한 장점을 갖지만, 해당 종에 대한 개체 음향 표적강도(acoustic target strength)의 사전 연구는 필수적이다. 보름달물해파리의 현장 음향 표적강도 실험은 현수법(tethered method)을 이용하여 5m 5m 5m 크기의 그물망 내에서 수행되었다. 실험에 사용한 보름달물해파리는 2008년 9월 통영 인근 해역에서 채집하였고, 38, 120, 200, 420 kHz split beam 과학어군탐지기(scientific echo-sounder)를 이용하여 측정하였다. 그 결과 개체 보름달물해파리의 음향 표적강도는 우산 직경에 따라 다양한 값을 보였고, 38 kHz에서 평균 -68.9 dB (–69.9 ~ –67.9 dB), 120 kHz에서 평균 -68.3 dB (-72.0 ~ –63.8 dB), 200 kHz에서 평균 -66.9 dB (-70.9 ~ -62.5) 및 420 kHz에서 -66.7 dB (–69.9 ~ – 62.9 dB) 로 주파수에 따른 평균 음향 표적강도의 변화는 약 2 dB인 것으로 나타났다. 현장 실험으로 측정한 보름달물해파리의 음향 표적강도 크기는 어류의 음향 표적강도보다 작고, 동물플랑크톤 또는 어류플랑크톤에 비해 큰 값을 갖고 있는 것으로 연구되었다. 또한 같은 자세각(tilt angle)에서 측정한 음향 표적강도의 편차는 약 10 dB 였고, 이는 보름달물해파리의 우산박동에 의한 것으로 나타났다. 음향산란모델을 이용한 음향 표적강도 추정은 보름달물해파리의 밀도비와 음속비가 필수 입력인자로서, 본 연구에서는 time-of-flight 방법을 이용한 음속비 측정(15 개체)과 dual density 방법을 이용한 밀도비(6 개체)를 측정하였다. 그 결과 밀도비는 평균 0.9808 (0.9527 ~ 0.9986), 음속비는 평균 1.0005 (0.9982 ~ 1.0014)로 나타났다. 음향산란모델은 DWBA(Distorted Wave Born Approximation) 모델을 사용하였고, 측정된 보름달물해파리의 음속비와 밀도비를 이용하여 38, 120, 200, 420 kHz 에 따른 보름달물해파리의 음향 산란강도를 추정하였다. 그 결과 200, 420 kHz 에서 추정된 음향 표적강도의 범위가 실측치에 비해 매우 큰 편차를 보였고, 특히 자세각이 60 ~ 80o 일 경우 더 큰 편차가 발생하였다. 반면 38, 120 kHz의 경우 측정된 음속비와 밀도비의 평균 및 최저값을 이용할 경우 현장에서 측정한 보름달물해파리의 음향 표적강도와 일치하는 경우가 많았고, 이를 통해 적합한 모델 추정값을 얻을 수 있다. 지금까지의 연구결과는 보름달물해파리의 음향 표적강도에 대한 현장 측정값과 모델에 의한 추정치를 제공하여 음향 탐지 영역 내 분포하고 있는 보름달물해파리의 분포량(biomass)을 역산하기 위한 기초적인 자료를 제공할 수 있다. 또한 해류의 흐름에 의해 움직이는 대량의 보름달물해파리를 조기에 탐지하여 기간 산업 및 수산업계에 주는 피해를 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.