Acoustic Techniques for Tuna Biomass Estimation

Abstract

[ES] Esta Tesis Doctoral aborda una problemática crítica en el ámbito de la acuicultura y la pesca sostenible del atún, centrándose en la identificación de especies y la estimación de la biomasa. La importancia de este enfoque radica en su relevancia para la gestión efectiva de los recursos marinos y la conservación de los océanos, alineándose con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas. Un aspecto fundamental de esta Tesis es la aplicación de técnicas de simulación acústica. A través de simulaciones numéricas, se exploran diversos aspectos de la acústica submarina, desde la propagación de ondas acústicas hasta la retrodispersión acústica en diferentes estructuras y tejidos de especies marinas. Estas simulaciones permiten comprender y predecir cómo las propiedades acústicas de los objetos influyen en la respuesta acústica. El objetivo central de esta Tesis de investigación es desarrollar y aplicar técnicas acústicas para abordar la problemática de la identificación de especies y la estimación de la biomasa. Cada capítulo aborda aspectos específicos de la acústica submarina, desde las bases teóricas de los ultrasonidos en medios líquidos, la influencia de factores como el tamaño y la forma de los peces en la retrodispersión acústica, hasta la medición de las propiedades acústicas de los tejidos y cómo estas propiedades afectan la retrodispersión acústica. La Tesis también incluye un estudio de la combinación de los métodos numéricos de simulación para analizar la retrodispersión acústica en geometrías complejas. Por otra parte, se realizan estudios sobre el desarrollo temprano de larvas de peces, monitorización de la inflación de la vejiga natatoria y la variación del Target Strength en respuesta a diferentes duraciones de pulso en ecosondas.

Por lo tanto, la investigación desarrollada en esta Tesis abre un camino en el campo de la acuicultura y la pesca sostenible del atún, permitiendo mejorar significativamente la identificación de especies y la estimación de la biomasa. La aplicación de técnicas de simulación acústica y la comprensión profunda de la acústica submarina proporcionan un enfoque interdisciplinario que contribuye a resolver desafíos críticos en la gestión de recursos marinos. Estos avances no solo impulsan la eficiencia en la acuicultura y la pesca sostenible, sino que también fortalecen la conservación de los océanos y la biodiversidad marina.

[CA] Aquesta Tesi Doctoral aborda una qüestió crítica en el camp de l'acuicultura i la pesca sostenible de la tonyina, centrant-se en la identificació d'espècies i l'estimació de biomassa. La importància d'aquest enfocament rau en la seva rellevància per a la gestió efectiva dels recursos marins i la conservació oceànica, alineant-se amb els Objectius de Desenvolupament Sostenible de les Nacions Unides. Un aspecte fonamental d'aquesta Tesi és l'aplicació de tècniques de simulació acústica. Mitjançant simulacions numèriques, s'exploren diversos aspectes de l'acústica submarina, des de la propagació d'ones acústiques fins a la retrodispersió acústica en les diferents estructures i teixits que constitueixen algunes espècies. Aquestes simulacions ens permeten comprendre i predir com les propietats acústiques dels objectes sota estudi influeixen en la resposta acústica.

L'objectiu central d'aquesta Tesi de recerca és desenvolupar i aplicar tècniques acústiques per abordar el problema de la identificació d'espècies i l'estimació de biomassa. Cada capítol aborda aspectes específics de l'acústica submarina, des dels fonaments teòrics de la propagació d'ones acústiques en medis líquids fins a la influència de factors com la mida i la forma dels peixos en la retrodispersió acústica, així com la mesura de les propietats acústiques dels teixits i com aquestes propietats afecten la retrodispersió acústica. La Tesi també inclou un estudi de la combinació de mètodes de simulació numèrica per analitzar la retrodispersió acústica en geometries complexes. A més, es realitzen estudis sobre el desenvolupament primerenc de les larves de peixos, el seguiment de la inflació de la bufeta natatòria i la variació de la Força de l'Objectiu en resposta a diferents durades de pols en ecosondes.

Per tant, la recerca desenvolupada en aquesta Tesi contribueix a obrir una nova via en el camp de l'acuicultura i la pesca sostenible de la tonyina, aportant millores significatives en la identificació d'espècies i l'estimació de biomassa. L'aplicació de tècniques de simulació acústica i un profund coneixement de l'acústica submarina proporcionen un enfocament interdisciplinari que contribueix a abordar desafiaments crítics en la gestió de recursos marins. Aquests avenços no només milloren l'eficiència en l'acuicultura i la pesca sostenible, sinó que també reforcen la conservació oceànica i la biodiversitat marina.

[EN] This Doctoral Thesis addresses a critical issue in the field of aquaculture and sustainable tuna fishing, focusing on species identification and biomass estimation. The significance of this approach lies in its relevance to effective marine resource management and ocean conservation, aligning with the United Nations' Sustainable Development Goals. A fundamental aspect of this Thesis is the application of acoustic simulation techniques. Through numerical simulations, various aspects of underwater acoustics are explored, from the propagation of acoustic waves to acoustic backscatter in different structures and tissues of marine species. These simulations enable us to understand and predict how the acoustic properties of the targets influence the acoustic response.

The central objective of this research Thesis is to develop and apply acoustic techniques to address the issue of species identification and biomass estimation. Each chapter addresses specific aspects of underwater acoustics, from the theoretical foundations of ultrasounds propagation in liquid media to the influence of factors such as the size and shape of fish on acoustic backscatter, as well as the measurement of acoustic properties of tissues and how these properties affect acoustic backscatter. The Thesis also includes a study of the combination of numerical simulation methods to analyse acoustic backscatter in complex geometries. Furthermore, studies are conducted on the early development of fish larvae, monitoring of swimbladder inflation, and the variation in Target Strength in response to different pulse durations in echosounders.

Therefore, the research developed in this Thesis opens a new avenue in the field of aquaculture and sustainable tuna fisheries, allowing for significant improvements in species identification and biomass estimation. The application of acoustic simulation techniques and a deep understanding of underwater acoustics provide a interdisciplinary approach that contributes to addressing critical challenges in marine resource management. These advances not only enhance efficiency in aquaculture and sustainable fishing but also strengthen ocean conservation and marine biodiversity.