探索海洋哺乳动物出现在七个美国国家海洋保护区
Annamaria i DeAngelis
1*,
苏菲·m·冯·帕里斯基
1,
杰克Barkowski
2,
西蒙Baumann-Pickering
3,
考特妮汉堡
4,
吉纳维芙·e·戴维斯
1,
约翰约瑟夫
5,
Annebelle c . m .角
3,
Anke Kugler
6、7,
马克拉默斯
6,
Tetyana Margolina
5,
妮可·佩吉
8,
盟友大米
3,
蒂莫西·j·罗
1,
约翰·p·瑞恩
9,
Allison已故10,
伊甸园藏
6和
莱拉孵化
11
- 1东北渔业科学中心,国家海洋渔业服务,国家海洋和大气管理局,美国伍兹霍尔,妈,
- 2莫斯兰丁海洋实验室、莫斯兰丁、钙、美国
- 3斯克里普斯海洋学研究所,加州大学圣地亚哥,圣地亚哥,美国
- 4加州州立大学蒙特雷湾、海边、钙、美国
- 5美国海军研究生院,蒙特利,CA
- 6夏威夷群岛座头鲸国家海洋保护区,Kīhei,嗨,美国
- 7夏威夷ʻ我研究所的海洋生物学,夏威夷大学ʻ我Kāneʻ咸宁,嗨,美国
- 8佛罗里达大西洋大学的港口海洋学研究所,皮尔斯堡FL,美国
- 9蒙特雷湾水族馆研究所、莫斯兰丁、钙、美国
- 10南安普顿大学,海菲尔德,南安普顿,英国
- 11办公室的国家海洋保护区,国家海洋和大气管理局,美国马里兰州银泉
美利坚合众国的国家海洋保护区办公室(ONMS)主机15国家海洋保护区(NMS)和两个纪念碑在其水域。有魅力的海洋巨型动物,比如长须鲸(一道physalus),座头鲸(最远),和各种delphinid物种频繁的这些地区,但对他们的入住率。作为国家的一部分,为了更好地理解NMS的音景,22不间断的被动声底安装录像机和一个分析了海底电缆水听器在七NMS(佛罗里达群岛礁石,灰色的礁,奥运海岸,蒙特雷湾,海峡群岛,夏威夷群岛和座头鲸保护区)。每日声的座头鲸和长须鲸在2年(2018年11月- 2020年10月)和每小时的delphinids超过1年(2019年6月- 2020年5月)进行了分析。座头鲸在NMS显示,其声存在可变性,但总的来说大多是1月至5月和9月至12月,和更多的稀缺或完全缺席6月至8月。连续几天的座头鲸声音是最大的在夏威夷群岛网站HI01和HI05座头鲸NMS,在海峡群岛NMS最少。长须鲸表现出类似的季节性模式在西海岸NMS和群岛礁石NMS。蒙特雷湾NMS有最大数量的连续值存在的长须鲸在群岛礁石NMS最少。Delphinid声中存在不同,在NMS,网站在海峡群岛和夏威夷ʻ我NMS显示最高的入住率。所有NMS显示不同的月度delphinid声学检测到存在的差异之间的小时的一天与的夜晚。16个站点的中位数delphinid之间存在一个连续三天,虽然三个站点已经连续5天以上的存在,和一个站点没有连续delphinid存在,表现出明显的变化他们占领不同的NMS多久。海洋哺乳动物利用所有NMS和显示广泛的入住率,强调理解物种的重要性,使用不同的NMS作为生物领域迁移,繁殖和觅食。
介绍
许多海洋哺乳动物物种在本质上是世界性的,分布范围在世界各地的海洋(例如,斯特恩,2009)。他们倾向于显示他们的分布和季节性和颞可变性占用不同的栖息地,与他们的行为反映海洋环境的变化,繁殖和食品供应。国家海洋保护区的办公室(ONMS)在美国管理15个国家海洋保护区网络(NMS)和Papahānaumokuākea海洋国家纪念碑和玫瑰环礁。他们指定的核心领域内不同区域生态和/或古迹美国专属经济区(例如,Brax 2002;威利et al ., 2013)。这些NMS经常强调高生产率和物种丰富度除了举办各种人为活动。理解物种组成、赋存和行为在NMS可以允许改善地区和沿海这些领域的管理。看着物种运动跨多个NMS允许更广泛的了解每个NMS网络提供的价值在不同的尺度和海洋哺乳动物种群的时间框架。
须鲸有最大的分布的海洋哺乳动物,包括远距离育种和觅食的目的(班尼斯特,2009)。并不是所有的大型鲸鱼迁徙,他们决定留在一个丰富的喂养地面或进行一个精力充沛的和风险迁移不同物种之间,年龄,性别和条件(Corkeron康纳,1999)。座头鲸(最远)和长须鲸(一道physalus)是两种最广泛分布的须鲸物种(弗莱明和杰克逊,2011年;Bettridge et al ., 2015;爱德华兹et al ., 2015)和经常长途旅行之间的繁殖和饲养区(Stevick et al ., 2011)。北大西洋座头鲸范围从繁殖地在加勒比海和佛得角群岛觅食区的美国东部和加拿大的沿海地区,冰岛、格陵兰和挪威(肯尼迪et al ., 2014;海耶斯et al ., 2019;戴维斯et al ., 2020)。座头鲸的迁移加勒比海(北大西洋)繁殖地在冬季是有据可查的,然而最近的证据表明并不是所有个人迁移,全年声从大西洋中部地区存在发生西格陵兰岛(戴维斯et al ., 2020),一些人留在捕食场所全年(范Opzeeland et al ., 2013;Magnusdottir et al ., 2014;希尔et al ., 2020)。北太平洋座头鲸范围横跨繁殖地的马里亚纳群岛,夏威夷ʻ我,墨西哥,中美洲,和日本在冬季,在阿拉斯加觅食,不列颠哥伦比亚省,加州、俄勒冈州和华盛顿在夏季(Dawbin 1966;达林和主编,1985年版;贝克et al ., 1986;Calambokidis et al ., 2001;Calambokidis et al ., 2008)。确切的迁徙路线和股票的数量还不清楚,与鲸鱼从不同的繁殖地重叠各种捕食场所(Calambokidis et al ., 2001;Lagerquist et al ., 2008)。此外,在迁移的时机有差异基于性别和生殖状况的个体(克雷格et al ., 2003)。长须鲸也覆盖大部分的距离,从南卡罗来纳到格陵兰岛西部大陆架的北大西洋(爱德华兹et al ., 2015;戴维斯et al ., 2020),在北太平洋,来自亚洲和北美白令海(汤姆林,1967;Mizroch et al ., 2009;奥尔森et al ., 2014)。长须鲸声出现在货架上北大西洋西部相对持续全年,略微减少声出现在夏季可能由于声行为的变化(戴维斯et al ., 2020)。可能并不是所有的鳍鲸种群进行迁移(Širovićet al ., 2015;Geijer et al ., 2016)。鳍鲸歌模式的研究显示同步整个北太平洋盆地与迁徙模式(奥尔森et al ., 2014;Širovićet al ., 2017;阿切尔et al ., 2020),一些人可能驻留在春天和秋天在阿拉斯加湾东部等地区(阿切尔et al ., 2020)。
须鲸产生大量的水下低频声音为目的的沟通,繁殖,觅食和社交理查森et al ., 1995;罗欣,2014)。座头鲸每年生产复杂的歌曲,改变(如。佩恩和麦克维恩,1971年;佩恩和韦伯,1971年;韦恩和韦恩,1978;佩恩和佩恩,1985年)和记录(如他们的整个范围和季节。马提拉et al ., 1987;克拉克和克拉珀姆,2004年;Vu et al ., 2012;Kowarski et al ., 2018;戴维斯et al ., 2020)。调用的类型由长须鲸,20赫兹脉冲是最常见的,发生在不同时空上的脉冲序列序列(沃特金斯et al ., 1981;Morano et al ., 2012;奥尔森et al ., 2014;Širovićet al ., 2017;Helble et al ., 2020),发作持续32.5小时(沃特金斯et al ., 1987;Morano et al ., 2012)。这些被认为是生产完全由男性作为育种显示器(Croll et al ., 2002)。这些物种的时机和存在某一特定区域内可以跨纬度提供信息的迁移运动,他们花多少时间在一个位置之间,年内,当他们的存在是可能发生的。证明了在戴维斯et al。(2020)和Kugler et al。(2020),尽管这些信号是性别(座头鲸歌:韦恩和韦恩,1978;长须鲸20赫兹脉冲:Croll et al ., 2002)仍有可能捕获两性在整个时期大规模分布模式,利用这些已知的叫声。
Odontocetes同样表现出广泛的全球分布,在相对浅NMS,海豚科家族的成员往往是常见的由于其沿海的特性(如。拉默斯,2004;Heenehan et al ., 2017)。海豚科是非常激烈的,能发出各种各样的功能,点击,促发脉冲,热闹非凡,等。(拉默斯和奥斯瓦尔德,2015年;琼斯等人。,2020年)。口哨,促发脉冲和某些形式的热闹并单击被认为具有社交功能(Herzing 1996;亨德森et al ., 2011),而点击,特别是追求回声定位点击和终端被认为是用于觅食(非盟et al ., 1974;非盟et al ., 1982;盟,1993),虽然功能还可以发出不太常用的或特定类型在觅食过程中用来维护团队凝聚力(Herzing 1996;Acevedo-Gutierrez Stienessen, 2004)。是知之甚少的程度在大多数NMS delphinid存在。研究,包括保护区等群岛礁石,奥运会海岸,蒙特雷湾,海峡群岛NMS报道更高存在delphinids保护区与周边水域内(福尼2007;席尔瓦et al ., 2019 b)。例如在群岛礁石NMS,研究使用PAM和视觉调查发现delphinids如大西洋white-sided (Lagenorhynchus acutus和常见的海豚海豚属sp)之间存在主要的4月至5月和8月至10月比相邻马萨诸塞湾水域(席尔瓦et al ., 2019 b)。夏威夷群岛等其它保护区座头鲸NMS包含重要的浅水海湾飞旋海豚(Stenella longirostris),它使用海湾白天休息之前离岸饲料(Heenehan et al ., 2016)。
一些研究已经发现,一昼夜的模式存在delphinid物种比如南加州的海豚湾,哨子白天发生更多,点击发生更多的晚上(•威金斯et al ., 2013;西摩尼et al ., 2017)。在马萨诸塞湾和大西洋群岛礁石相反的可能被认为与white-sided和/或共同的海豚,最少的数量的功能发生在中午和高峰在夜间吹口哨活动(席尔瓦et al ., 2019 b)。夏威夷飞旋海豚发射更多的哨声在早上之前他们的休息时间然后利用回声定位点击在夜间觅食的深层散射层(Heenehan et al ., 2016;McElligott拉默斯,2021年)。发声行为的多样性和网站使用中观察到NMS突显出潜在的重要性,这些领域的不同方面delphinid许多物种的生活史。
视觉调查长期以来一直用于理解物种的存在和分布,然而,这些可以耗费时间和天气条件限制,可用性的船只,可以是昂贵的和具有挑战性的特别是远程站点(例如,冯·帕里斯基et al ., 2009)。被动声学监测(PAM)提供了一个重要的补充收集长期物种存在的信息,并提供可靠的数据探索跨季节的多个物种的同时发生(例如,戴维斯et al ., 2020)。比视觉调查PAM需要较少的努力,录音机可以部署几个月年,远程声学的物种(收集信息冯·帕里斯基et al ., 2009;Baumann-Pickering et al ., 2016;瑞安et al ., 2016)。听觉上活跃的物种的存在和组成是PAM的资产之一,因为录音允许所有听觉上活跃的物种被发现数据,并可以根据需要再重新审视(如。戴维斯et al ., 2020;科恩et al ., 2022)。PAM的广度和效用最近以音景的成功多年抽样在四NMS,一个纪念碑,七个额外站是横跨太平洋和大西洋的海洋以及墨西哥湾(废话et al ., 2018;废话et al ., 2020)。
2018年,3年大型声学监测计划,美国国家海洋和大气局(NOAA) /海军SanctSound项目1创造了长期监测生物,人为,非生物因素在NMS网络音景2。作为这个项目的一部分,总共34个海底被动声录音机驻扎在七NMS和一个国家纪念碑,分为三个主要区域:美国东海岸地区(美国)群岛礁石国家海洋保护区(SBNMS),灰色的礁国家海洋保护区(GRNMS),佛罗里达群岛国家海洋保护区(FKNMS);西海岸地区——奥运海岸国家海洋保护区(OCNMS),蒙特雷湾国家海洋保护区(MBNMS),海峡群岛国家海洋保护区(CINMS)和夏威夷ʻ我地区——夏威夷群岛座头鲸国家海洋保护区(HIHWNMS)和Papahānaumokuākea海洋国家纪念碑(PMNM)。一般来说,声录音机被部署在三到六记录网站在每个NMS并记录持续3到5个月之间。
在这项研究中,我们关注比较多年音响座头鲸和长须鲸以及delphinids七NMS对面SanctSound项目——SBNMS GRNMS, FKNMS, OCNMS, MBNMS CINMS, HIHWNMS。我们使用的歌曲笔记和其他社会声音由座头鲸(佩恩和麦克维恩,1971年;Stimpert et al ., 2011),20赫兹脉冲产生的长须鲸(沃特金斯et al ., 1987),功能由海豚科家族的成员(如。拉默斯和奥斯瓦尔德,2015年在这些保护区)来表示他们的存在。我们比较和构建这些物种的时间活动在所有这些保护区来更好地理解这些物种如何以及何时使用不同的站点。
材料和方法
由于重要的数据差距(见https://sanctsound.portal.axds.co/),主要来自受限领域物流工作COVID-19大流行期间,只有22岁的34个网站SanctSound项目被认为是用于分析(表1;图1)。大多数的录音机SoundTrap 300或500系列声录音机(海洋仪器有限公司),将样品在48 kHz高增益校准。SoundTrap录音机有一个平坦的频率响应(±3 dB) 20赫兹到60 kHz,为本研究提供一个有效的记录范围20 Hz-24千赫(表1),尽管一些频率相关敏感性可能存在的变化(•威金斯和莫里斯,2019)。SoundTraps附2 - 3米固定系泊要么使用声学释放与地下漂浮∼6米垂直延伸到水柱或系泊在潜水员附件安装。MBNMS乐器之一是一个高频声波记录包(竖琴,•威金斯希尔德布兰,2007)17米的海底,它由一个海底包装包含浮动的系泊,两声发布、重量、水听器,记录系统内部存储。竖琴包含一个lab-calibrated全向国贸1042水听器200 kHz的采样率,导致一个有效带宽10 hz - 100千赫。系统响应是故意不是平的,是占在分析。此外,独立于SanctSound项目但同时发生在MBNMS海洋是一个超音速icListen高频水听器的带宽10 hz - 200 kHz,连接到蒙特利加速研究系统(火星)连接天文台在大陆坡上891米深度。数据来自火星使用海洋超音速流到岸上并记录露西软件。原来256 kHz录音被摧毁16赫兹(Zhang et al ., 2022这里给出分析。
表1。网站名称(网站)和相应的避难所(保护区)为每个工具在这项研究中,随着记录的位置(经度和纬度),深度记录仪在那个网站(部署深度),仪表类型(仪器类型),采样率(采样率),分析了物种在该网站(物种;D = delphinid, F =长须鲸,H =座头鲸)。所有须鲸分析发生从2018年11月1日到2020年10月31日,所有delphinid分析发生从2019年6月1日到2020年5月31日。如果网站是用于delphinid分析,总小时出席一个给定站点规范化通过记录工作(delphinid相对存在)从0 - 1比例,提出了基于“低”,颜色编码(蓝色),“介质”(黄色),“高”(红色),“非常高”(暗红色)类别。网站没有分析delphinids剩下空白。NMS =国家海洋保护区。*表示,收集的数据收集从1 2018年11月到2019年2月4日在96千赫采样率。
图1。地图的网站被动声记录器用于这项研究驻扎在七NMS,分为三个主要区域:美国东海岸地区(美国)群岛礁石国家海洋保护区(SBNMS),灰色的礁国家海洋保护区(GRNMS),佛罗里达群岛国家海洋保护区(FKNMS);西海岸地区——奥运海岸国家海洋保护区(OCNMS),蒙特雷湾国家海洋保护区(MBNMS),海峡群岛国家海洋保护区(CINMS)和夏威夷ʻ我地区——夏威夷群岛座头鲸国家海洋保护区(HIHWNMS)。网站在每个圣所象征的两声记录器工具类型和是否用于须鲸和/或delphinid分析。夏威夷网站,唯一的须鲸物种,分析了座头鲸。
座头鲸和长须鲸的检测和分类
须鲸声学分析集中在日常的座头鲸声音(这里定义为歌曲和/或社会的声音),和鳍鲸歌。由于广泛的传播距离的调用(戴维斯et al ., 2020),只有一个记录为每个NMS网站分析,除了夏威夷ʻ我我们地区HIHWNMS所有网站分析扩展到更大的空间尺度上,重叠的网站很少关心的是(表1;图1)。有潜在的声音重叠网站HI03和HI05由于其相对接近对方(32公里),但由于数据差距最小的空间重叠是担忧。在美国东海岸地区更多的例外,座头鲸和长须鲸没有检查FKNMS和GRNMS记录网站由于其浅沿海位置,以及五夏威夷ʻ我地区的长须鲸记录网站。因此,总共9个记录网站分析分析了座头鲸和四个记录网站的长须鲸从2018年11月1日到2020年10月31日。部分天由于部署开始和结束或后续问题是包含在这一分析工具。NMS的摘要包含在分析中可以找到表1。每个地区都是由一个单独的区域研究小组,因此稍微不同的方法用来进行声学分析,由于不同的总体SanctSound项目的最终目标。然而,所有数据输出相当各地区解决日常规模,作为单独的检测从上下文中综述了各种探测器在一个长声谱图视图。
东部沿海地区(SBNMS),使用好描述方法进行了分析,低频率检测和分类系统(LFDCS,费利克斯和Mussoline, 2011),使用短时傅里叶变换谱图是条件。声音覆盖了轮廓和匹配存储在一个用户定义的调用库。轮廓被分类调用类型和分配一个距离的分数。座头鲸和长须鲸呼叫类型,综述了检测三个或更少的分数由分析师(鲍姆加特纳et al ., 2013)。下面描述的方法戴维斯et al。(2020),座头鲸歌和社会声音被认为是现在如果有至少有一个真正的检测由LFDCS在其他驼背调用在10分钟内(至少三个调用)。长须鲸,首次应用逻辑回归等,只有包含29小时或更多检测综述了分析师(戴维斯et al ., 2020)。小时,如果至少有一个真的检测发生在连续四20赫兹脉冲,长须鲸小时被标记为礼物。每天只有一个小时确认需要表示鳍日常业务。
我美国的夏威夷ʻ地区HIHWNMS,美国西海岸地区MBNMS深卷积神经网络(CNN)是用于检测座头鲸歌(艾伦et al ., 2021)。这些仅仅是唯一的避难所,座头鲸歌是用来表示存在。CNN将音频声音然后提要谱图转换成图像分类的神经网络架构开发。ResNet-50 CNN,加上每通道能量归一化(PCEN),这样可以减少大量的窄带噪声通常归因于船舶噪声,被用来分类图像的谱图是属于座头鲸歌。音频数据的方法检查了30年代在1.1秒的间隔时间,在这段时间内信号窗口的信心得分。HIHWNMS分析,计算平均得分为每个30年代期间,必须满足0.25的阈值(从0到1)为30年代时期被认为是礼物。一个30年代期间必须满足阈值来表示积极的日常的座头鲸。MBNMS分析、手动检查发现,在一些时期,声音从灰色的鲸鱼和海豚可能导致中等分数升高(0.3∼-0.6);因此最小阈值评分0.7曾在整个时间序列。满2年期间,分析模型分数上面绘制手动检查色一次1小时,和任何手动确认发现座头鲸歌在一天内导致声的定义存在的那一天。
美国西海岸地区的网站(包括长须鲸的火星网站),日常业务处理手动审查长期平均光谱(LTSAs)也进行了计算,并回顾了使用卫(1.93.20160524版本,•威金斯et al ., 2010)。声数据摧毁为座头鲸4 kHz,和2 kHz计算LTSA之前长须鲸。LTSAs为两个物种的平均1 Hz / 5 s垃圾箱和综述了座头鲸的叫声和长须鲸20赫兹脉冲用1 h时间窗口。座头鲸,0 - 2千赫之间的频率扫描和信号无论在视觉和听觉上都进行了综述证实存在。长须鲸,每小时平均倍频带声压水平从压力谱密度水平计算生成使用1 Hz / 1 s决议。每小时31.5赫兹倍频带中的背景噪音水平必须低于95分贝再保险1µPa可靠地看到长须鲸向下扫描,从而检查鳍鲸的存在。小时低于阈值从0 - 250 Hz然后扫描和至少一个脉冲在一个小时内每小时会导致积极的存在。需要一个小时的存在表示积极的日常业务。
delphinids的检测和分类
因为每个NMS主机不同的海豚科家族的成员和哨子分类仍然是许多物种具有挑战性,他们不是机密物种水平,表示只是delphinid存在。功能检查在19个站点所有七NMS在每个三个地区从2019年6月1日到2020年5月31日(见表1用于分析的网站)。所有声学数据运行通过快速傅里叶变换(FFT) 1024点的跳512点的大小在PAMGuard 2.01.03软件(Gillespie et al ., 2008)。一个简单的哨子和呻吟检测器(大规模杀伤性武器)PAMGuard被用来检测delphinid口哨声。因为一系列delphinid物种可以发生在每个NMS,被检查的频率调整根据预期存在物种的呢喃每个NMS的频率范围。在美国东海岸地区、大西洋white-sided海豚(Lagenorhynchus acutus)和领航鲸(Globicephalasp) SBNMS频繁,因此,大规模杀伤性武器将搜索功能从1.5到22千赫(如。Taruski 1979;施泰纳,1981)。在GRNMS FKNMS预期的主要类型是宽吻海豚(语truncatus),但其他物种如大西洋斑点海豚(Stenella frontalis)也可以存在,因此4-18 kHz的频率范围是(例如,男爵et al ., 2008)。在美国西海岸地区OCNMS, MBNMS CINMS, Risso海豚(大铁钳将)、太平洋white-sided海豚(Lagenorhynchus obliquidens),宽吻海豚预计,因此,频率范围是4至20千赫(如。Corkeron和冯·帕里斯基,2001年)。在美国夏威夷ʻ我地区,在HIHWNMS,“黑鲸”家庭成员如领航鲸和假虎鲸(Pseudorca crassidens),以及宽吻海豚,泛热带发现海豚(Stenella attenuata则)和飞旋海豚(Stenella longirostris)预计(例如,拉默斯et al ., 2003)。由于强度和普遍发生的座头鲸歌在美国夏威夷ʻ我地区,一直延伸到delphinid频率范围,大规模杀伤性武器的搜索范围限制在8到20 kHz减少假阳性的数量在较低的频率范围。这意味着黑鲸物种的存在是不能完全代表HIHWNMS的分析。
所有单个检测delphinid哨子被小时聚合和列表使用自定义编写的图形用户界面(GUI)码头3在Matlab软件。这个聚合数据是用来识别PAMGuard观众2.01.03小时手动审查。小时被认为与一个20多岁的页面窗口从0-24 kHz检测轮廓清晰可见。被认为是包含delphinids,必须有一个或多个检测功能在一个小时内确认。
评估时间趋势
所有后续分析使用统计软件R(2016年版本4.1.2,R开发核心团队)。每个物种的数据编译使用tidyverse和lubridate包和可视化使用ggplot2。须鲸,鳍鲸的歌声,座头鲸发声存在聚合为每周的天数包含正面检测天规范化记录数天。delphinids,声学数据聚合每小时吹口哨的存在。的连续时间delphinid口哨声,delphinid入住率录音的网站,是为每个NMS评估。阈值的最低6 h(25%的天)在24 h为delphinid设置必要的入住率是“礼物”。这些天被清点确定delphinid连续数天的存在。此外,每小时被指派为白天还是晚上根据日出日落时间每个站点使用的坐标suncalc包中。测试任何一昼夜的模式,小动物——一张长有比例z检验是在每个站点上进行的。天的存在(或晚上)的比例为真阳性的小时数每月每月的总工作量在每个站点。
结果
座头鲸发声存在和鳍歌的存在
座头鲸声音出席所有七NMS进行了分析。在HIHWNMS,五个记录网站(HI01-HI05)局限于记录只座头鲸繁殖季节期间,每天和这些网站显示驼背近100% (图2一个)。网站HI06覆盖一段录音期间捕获繁殖季节的结束,可能导致较低的日常存在的座头鲸在那个网站(N = 140天,65.4%)。剩下的NMS,座头鲸声音的相对最少天发生在CINMS (52.1%, N = 232天)和最大的OCNMS网站OC02 (85.4%, N = 205天)其次是火星(82.8%,N = 586天)。SBNMS有相对较低的座头鲸发声出席55.6% (N = 400天)。在SBNMS,座头鲸声音在场全年最高存在从2018年11月中旬到2019年1月中旬,2019年3月至4月2019年10月开始的2020年1月,3月中旬到2020年6月中旬,7月中旬到2020年10月底。(图2一个)。在MBNMS座头鲸声音出现在研究期间的大部分时间里,而缺乏从5月底到2019年8月中旬。类似的模式发生在2020年,但是有多个天驼背声出现在这个时期。在CINMS,座头鲸声音在场每当有录音,用更少的检测从2019年4月到9月。尽管HIHWNMS网站只记录在繁殖季节,网站HI04和HI06相对连续几天的值(分别为6天,2天)。HI01和HI05 100%连续天的座头鲸发声的存在。在所有其他保护区,MBNMS连续数天中值最高,座头鲸声音呈现(N = 5天)和其他人的中位数1 (CINMS)或2 vdays (OCNMS和SBNMS)。(图3一)。
图2。每周声之间存在1 2018年11月到2020年10月31日的座头鲸的叫声(一)和长须鲸20赫兹脉冲(B)作为一个比从0到1 /选择记录网站在每个国家海洋保护区在美国东海岸地区(网站SB01群岛礁石NMS),美国西海岸地区(奥运海岸NMS,网站OC02;蒙特雷湾NMS,网站火星;海峡群岛NMS,站点CI05)和美国夏威夷ʻ我地区(夏威夷群岛座头鲸NMS,网站HI01 HI03, HI04, HI05和HI06)。存在是用黑灰色酒吧酒吧和天没有数据。长须鲸在夏威夷没有分析网站。
图3。箱线图显示声中位数和四分位值的存在,连续数天,他们发现在每个五保护区分析(群岛礁石NMS (SBNMS) = SB01奥运海岸NMS (OCNMS) = OC02,蒙特雷湾NMS [MBNMS] =火星,海峡群岛NMS (CINMS) = CI05,夏威夷群岛座头鲸NMS (HIHWNMS) = HI01 HI03, HI04, HI05, HI06)座头鲸(一)和鳍鲸(B)物种。
长须鲸20赫兹脉冲出席NMS的四个分析;美国东海岸地区SBNMS和美国西海岸地区,CINMS, MBNMS OCNMS (图2 b)。当会计记录的努力,美国西海岸地区显示至少两声每天出席OCNMS (OC02 2.9%, N = 7天)和大多数声学日常出席MBNMS(火星70.6%,N = 500天),58.3% (N = 225天)CINMS (CI05)和29.7% (N = 214天)为美国东海岸地区SBNMS (SB01)。长须鲸20赫兹脉冲出席9月和6月间两年来所有NMS的数据差距阻碍彻底季节性理解OCNMS和CINMS记录网站(图2 b)。当比较MBNMS SBNMS,长须鲸20赫兹脉冲出现连续在前(中位数的连续5天,最长137天)比后者(连续一天中值、最大的19天)。(图3 b)。
Delphinid存在
考虑记录工作,时间与大多数delphinid口哨现在发生在美国西海岸地区,CINMS网站CI05 (88.3%, N = 5546 h)和至少在美国东海岸地区,FKNMS网站FK02 (1.7%, N = 76 h) (图4)。当查看所有网站相对于彼此很明显,CI05是个例外delphinid水平“非常高”的声音的存在。其他网站的“高水平”delphinid声从45 - 65%,存在“介质”水平从18 - 34%,从1 - 11%和“低”的水平(表1)。一般来说,HIHWNMS有高水平的delphinid存在,SBNMS和MBNMS中等水平,和GRNMS FKNMS, OCNMS低水平。网站CINMS很有趣,因为它们从高到低的delphinid声出现在五个网站(图5)。保护区等GRNMS有更多delphinid声出现在圣所的南端,MBNMS有更多检测离岸(MB03)和北部近岸地点(MB01)和FKNMS稍微delphinid检测向西(图5)。其他保护区有一个站点进行分析从而可以对空间分布(OCNMS),或有类似水平的delphinid存在在所有网站(SBNMS HIHWNMS)。
图4。每小时delphinid哨子的比率存在标准化通过记录工作(0 - 1)从2019年6月1日到2020年5月31日在每个被动声记录网站在七NMS,分为三个主要区域:美国东海岸地区(美国)-Stellwagen银行国家海洋保护区(SBNMS),灰色的礁国家海洋保护区(GRNMS),佛罗里达群岛国家海洋保护区(FKNMS);西海岸地区——奥运海岸国家海洋保护区(OCNMS),蒙特雷湾国家海洋保护区(MBNMS),海峡群岛国家海洋保护区(CINMS)和夏威夷ʻ我地区——夏威夷群岛座头鲸国家海洋保护区(HIHWNMS)。网站delphinid比率较低的声存在突出显示在蓝色框内,介质比率在一个黄色的盒子,和高比率在一个红色的盒子。CI05局外人相比其他网站有一个非常高的比例delphinid声的存在。
图5。地图的相对百分比delphinid声存在分为四个级别(低、中、高,非常高),为每个记录网站在每个避难所。保护区代表是夏威夷群岛的座头鲸国家海洋保护区(HIHWNMS),奥运沿海国家海洋保护区(OCNMS),蒙特雷湾国家海洋保护区(MBNMS),海峡群岛国家海洋保护区(CINMS)群岛礁石国家海洋保护区(SBNMS),灰色的礁国家海洋保护区(GRNMS)和佛罗里达群岛国家海洋保护区(FKNMS),并且用红色标出。
在美国西海岸地区,没有足够的数据收集OCNMS delphinid声学分析月度模式存在(图6)。每月有潜在的反模式delphinid声出现在MBNMS MB01 MB03,用更多的时间包含delphinid检测1月到3月和10月至12月在MB01而MB03几个月从5月到9月是与更大的存在。每月有不确定性delphinid声出现在2月和3月MB03由于数据差异。MB02之间没有足够的抽样月注意任何模式。在CINMS,数据差距抑制检查模式CI01 - 03。CI04有更多delphinid声小时出现在6月到9月,每月和CI05变量水平的声波存在没有明确的模式。为美国东海岸地区SBNMS明确每月的模式在所有三个网站,与3个月可能包含最小时的delphinid声的存在。在SB03有第二个高峰活动从8月到11月,不出席SB01 SB02。在GRNMS看来delphinids听觉上存在在所有的几个月在低水平,尽管数据差距抑制进一步解释。没有每月的模式可以在FKNMS评估由于数据的缺乏。 Monthly presence in the Hawaiʻi US region could not be assessed due to the sampling effort.
图6。每月的delphinids在每个站点上圣所内表示为一个比例(0 - 1)的积极的存在是规范化的小时数在一个月内的小时数。然后颜色编码的避难所(CINMS =海峡群岛国家海洋保护区,FKNMS =佛罗里达群岛国家海洋保护区,GRNMS =格雷的礁国家海洋保护区,HIHWNMS =夏威夷群岛国家海洋保护区,座头鲸MBNMS =蒙特雷湾国家海洋保护区,OCNMS =奥运海岸国家海洋保护区,SBNMS =群岛礁石国家海洋保护区)。每月的小时数没有在每个站点也归一化数据收集在一个月的时间,表示为灰色酒吧。
Delphinid声占用最多的网站包含值值介于1和3天只有三个站点包含值值大于3天(HI04值= 5天,HI03值= 17天,CI05值= 58天)(图7)。美国西海岸地区网站CI01、CI02 MB02, OC02,和美国东海岸地区网站FK01 GR01, GR02, GR03都表现出短暂的入住率,delphinids被发现最多连续5天或者更少在每个给定的网站(中间值为所有的这些网站为1天)。FK02没有顺序的日子delphinid声的存在。同样,这些也是网站归类为含有低水平的delphinid存在(图4)。网站水平中等的delphinid声存在(SB01 - 03、CI03 MB01, MB03)也包含低平均连续数天(1 - 2天),但变量最大连续数天(从14岁到32天)。
图7。箱线图显示中间值和四分位值的数量连续几天delphinid口哨在场在18被动声记录网站在7 NMS,分为三个主要区域:美国东海岸地区(美国)群岛礁石国家海洋保护区(SBNMS),灰色的礁国家海洋保护区(GRNMS),佛罗里达群岛国家海洋保护区(FKNMS);西海岸地区——奥运海岸国家海洋保护区(OCNMS),蒙特雷湾国家海洋保护区(MBNMS),海峡群岛国家海洋保护区(CINMS)和夏威夷ʻ我地区——夏威夷群岛座头鲸国家海洋保护区(HIHWNMS)。FK02不是连续显示为没有天delphinid声出现在那个网站。
网站展出不同数量的几个月的一昼夜的意义p< 0.05级(图8)。MB01是唯一网站,每月有显著差异的比例检测到晚上与一天时间。站点SB02、SB03 FK01、OC02 MB01 MB03, CI03-CI05都> 50%的月显著一昼夜的差异(在考虑记录工作)。网站GR01-GR03 MB02、CI01 HI03, HI04 < 50%的月显著一昼夜的差异(在考虑记录工作)。网站CI02和FK02一昼夜的差异不显著。网站的低没有关系,媒介,高水平的相对delphinid声学的存在(图4,5)和几个月显著一昼夜的差异(图8)。
图8。一昼夜的比例存在(作为一个比从0 - 1)每小时delphinid哨子的存在从2019年6月1日到2020年5月31日在19被动声记录网站在7 NMS,分为三个主要区域:美国东海岸地区(美国)-Stellwagen银行国家海洋保护区(SBNMS),灰色的礁国家海洋保护区(GRNMS),佛罗里达群岛国家海洋保护区(FKNMS);西海岸地区美国奥运沿海国家海洋保护区(OCNMS),蒙特雷湾国家海洋保护区(MBNMS),海峡群岛国家海洋保护区(CINMS)和夏威夷ʻ我区域US-Hawaiian岛屿座头鲸国家海洋保护区(HIHWNMS)。红酒吧代表白天和蒂尔酒吧代表夜间小时(小时都在UTC)。个月的t检验比例显示显著差异p< 0.05上方有一个星号(*)。数据收集完成几个月没有显示为灰色酒吧,部分个月包括在分析中。
讨论
这项研究表明海洋哺乳动物听觉上活跃在所有的NMS分析在这项研究中,被所有定期拜访目标物种。座头鲸和长须鲸表现出季节性和常年声学存在入住率在NMS的变化。蒙特雷湾和群岛礁石NMS显示最多产的全年声存在基于本研究的数据。这两个NMS以前被证实是这些物种的关键领域不仅在迁移期间,也在今年剩下的时间(如Vu et al ., 2012;Širovićet al ., 2017;瑞安et al ., 2019;戴维斯et al ., 2020)。之前的研究使用被动声北大西洋西部的数据表明,座头鲸存在全年在缅因湾(Vu et al ., 2012;穆雷et al ., 2014;戴维斯et al ., 2020),在冬季Scotian货架(Kowarski et al ., 2018;戴维斯et al ., 2020)。这项研究表明,座头鲸听觉上存在全年SBNMS像以前发现的戴维斯et al。(2020)。在太平洋,没有明确的迁徙模式是可见的北太平洋座头鲸,贷款支持先前的发现,他们的迁移是复杂的,由不同的股票,可能有个人去捕食场所一样来自其他股票(例如,贝克et al ., 1990;贝克et al ., 1998;Calambokidis et al ., 2001;Lagerquist et al ., 2008)。长须鲸显示类似声学季节性中发现奥尔森et al。(2014)在太平洋地区,戴维斯et al。(2020)在大西洋,歌现在两年从9月到6月。在太平洋,MBNMS长值连续天数比SBNMS鳍鲸歌现在在大西洋。这可能是更多的水听器深度和位置的函数而不是实际存在;火星系泊在MBNMS位于深水(891米)的SoundTrap SBNMS(50米),因此更可能有一个更大的探测范围和坐落在首选,深水长须鲸栖息地(大米et al ., 2021)。
检查发现的入住率天座头鲸发出的声音在各种保护区,HIHWNMS有大约3个月的连续声每天出现在选择网站,而其他NMS少和多变量的存在。夏威夷群岛是一个已知的温床北太平洋座头鲸(例如,诺里斯,1966;Calambokidis et al ., 2001),他们一致的每日的声音从12月到4月在所有HIHWNMS网站明确礼物的重要性,圣所繁殖的座头鲸。
所有NMS Delphinids听觉上存在不同数量的时间了。CINMS圣所,证明了最大的可变性delphinid声活动从高到低在其5个站点。近海和西南网站(CI03 04和05)活动比北方最高网站(CI01和02)。CI05最长的平均入住率在整个研究(58天)。HIHWNMS高delphinid吹口哨的活动,是另一个避难所和HI03瓦胡岛的记录比HI04小时吹口哨的存在的考艾岛。这两个网站也有二(n = 17, HI03)和三(n = 5, HI04)最长连续天的中位数在这项研究中,存在和已知主机居民人口的夏威夷飞旋海豚和假虎鲸(拉默斯,2004;贝尔德,2013;Baird et al ., 2013)。当我们没有试图区分delphinid物种,目前尚不清楚这些结果来自一个单一的物种使用面积,或多个。机器学习的发展可能有助于区分物种未来的(例如,Rankin et al ., 2017;弗雷泽,2021),但无论如何,这两个NMS delphinids的重要领域。
水平中等的NMS delphinid哨子活动发生在SBNMS和MBNMS。南部站点在SBNMS (SB03)有更多小时的哨子比其他两个站点存在进一步北部和沿海。SB03在一个地区被称为生物喂食热点活动对海洋哺乳动物和频繁访问的赏鲸船(例如,席尔瓦et al ., 2019 a)。声的季节性delphinids也符合已知的避难所,有更多的出现在春季和秋季月(席尔瓦et al ., 2019 a;席尔瓦et al ., 2019 b),连续出现在这个避难所是高度变量(从1到32天),展示不同用法的避难所。MBNMS有更多声活动网站MB01(近海)和MB03(离岸)和每月出现在这两个网站是负相关的。这可能代表近海/海上运动delphinids在避难所内,或避难所的到来和使用离岸MB03 delphinids人口。Delphinid入住率也高度变量在这个保护区,有19个最大连续几天在MB03,也表明变量使用圣所。
OCNMS、FKNMS GRNMS都相对低水平的delphinid声的存在。然而,在OCNMS小数据能够被收集,因此全年声存在在这个保护区delphinids无法准确评估。相对较低分数和低的入住率delphinids OCNMS与以前的工作表明他们的“意外”事件和不常见的(Fangman Roletto, 2001);然而,需要更多的录音完全支持这个。几乎没有什么了解delphinid出席GRNMS FKNMS。GRNMS是保护区保护其“活底礁”举办许多无脊椎动物和鱼类,和一些研究调查发生了北大西洋(Eubalaena glacialis鲸鱼避难所的使用,但没有进行研究delphinids (Fangman Roletto, 2001)。本研究提出了第一个看delphinid声GRNMS内存在,虽然delphinid活动很低,他们现在全年。连续几天出现的低数量表明delphinids运输通过这个避难所。Delphinid声波发生更多在GRNMS南部站点(GR02和GR03),这是驻扎在一个指定的研究区域不允许有钓鱼或其他活动。是知之甚少的存在delphinids FKNMS沿着大西洋一侧。麦克莱伦et al。(2000)进行机会主义视觉目击宽吻海豚在佛罗里达湾以及沿佛罗里达群岛的海洋一边在1990年代。他们发现没有证据表明存在季节性,更多的宽吻海豚发生在大西洋一侧比在佛罗里达湾和大组号码。我们不能现在结果海豚的季节性FKNMS由于数据差距,然而本文提供的计时声的存在提供了一个最近的delphinid存在。Delphinids没有占领FK01 FK02长和GRNMS一样,建议在录音期间,这个地区的圣所被用作途径运输到其他地区。选址在FKNMS基于石斑鱼的保护需求和珊瑚和不一定delphinids。虽然FKNMS delphinid声学存在分数很低,这是更有可能的解释为水听器位置和并不一定表明sanctuary-wide delphinids的使用。
Delphinid口哨并表现出显著差异在一昼夜的出席各种保护区,与多个月的比例有显著差异昼夜时间小时吹口哨。最大的网站数量的重要的几个月是MB01(几个月),中等水平的网站delphinid声的存在,至少是在HI03(两个6个月的),一个网站指定为拥有一个高水平的delphinid声的存在。在一般情况下,没有发现关系之间的相对声delphinids和一昼夜的意义。这是最有可能由于分析设计。每小时吹口哨类型和数量进行了分析,这将有助于区分行为状态。不同种类的delphinids可能有不同的一昼夜的模式和圣所使用和进一步的分析可以探索未来(例如,夏威夷太平洋white-sided飞旋海豚和海豚,亨德森et al ., 2011;Heenehan et al ., 2016)。
SanctSound项目的独特之处在于,它旨在设置标准化方法跨物种,网站,在NMS网络和健全的指标。这种努力在标准化有助于在大比例尺绘图模式在海洋哺乳动物面前,突出的须鲸物种和delphinids检查在这项研究。细须鲸的规模分析需要进一步标准化数据。保护区指定保护海洋保护资源,努力通过标准化分析,海洋哺乳动物在避难所的存在可以更好地cross-compared记录网站之外的保护区提供相对指标所示类似图4提供一个容易理解的可视化网站的重要性。另外,完成SanctSound项目,未来的研究充分利用数据集可以检查海洋哺乳动物(像之间的关系戴维斯et al ., 2020),可以比较海洋哺乳动物和其他海洋物种的存在,和人为来源如血管、密封炸弹,回声探测器。使用这些数据来开发标准化相对丰度估计将需要考虑每个记录器的听力范围内每个物种的频带,背景噪音水平在每个站点。这两个也估计SanctSound项目的一部分。结合这些分析借对保护区的整体视图使用多个年,大空间尺度上。可比指标提供了一种方式比较结果在更大的尺度和时间,提供更好的理解保护区可以扮演的角色在管理广泛的人群。
数据可用性声明
在这项研究中提出的数据集可以在网上找到,可公开访问的存储库中。库的名称/存储库可以找到如下:海洋哺乳动物检测数据分析在这项研究中可以找到SanctSound数据门户https://sanctsound.portal.axds.co/和原始声记录数据可以发现在NOAA国家环境信息中心(NCEI)的网站https://doi.org/10.25921/saca-sp25。被动声学监测数据来自火星缙天文台通过AWS公开开放的数据:https://registry.opendata.aws/pacific-sound/。
作者的贡献
高级副总裁、LH和援助研究构想。援助和高级副总裁写了手稿,援助和GED创建的数据。援助、JB、KB, GED, ACMK ACMK, TM, NP, AR, JR,和EZ分析了声学数据,援助。进行所有后续的分析数据。高级副总裁、SB-P JJ, ML.监督声学分析。TJR JJ,毫升,EZ监督现场收集。所有作者导致修订手稿、阅读和批准提交的版本。
资金
这项工作完成后作为SanctSound项目的一部分,这是一个美国国家海洋和大气管理局和美国海军之间的合作,以更好地理解国家海洋保护区系统中的水声。火星的NSF资助安装和维护连接天文台通过奖0739828和0739828;JR是戴维和露西尔帕卡德基金会支持的蒙特雷湾水族馆研究所。
确认
我们要感谢所有的工作人员记录仪器保持在每一个国家海洋保护区。感谢嘉莉墙贝尔和她的团队在NOAA国家环境信息中心(NCEI)生从SanctSound声学数据项目的管理,使这些数据公开。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
脚注
1https://sanctuaries.noaa.gov/science/monitoring/sound/
2https://sanctuaries.noaa.gov/
3https://github.com/NEFSC/READ-PSB-Marina
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引用:DeAngelis AI,冯·帕里斯基SM, Barkowski J, Baumann-Pickering年代,汉堡K,戴维斯通用电气,约瑟夫·J Kok ACM, Kugler,拉默斯M, Margolina T·佩吉N,大米,罗TJ,瑞恩•摩根大通已故,藏E和舱口L(2022)探索海洋哺乳动物出现在七个美国国家海洋保护区。前面。远程Sens。3:970401。doi: 10.3389 / frsen.2022.970401
收到:2022年6月15日;接受:2022年11月23日;
发表:2022年12月12日。
编辑:
Renata Sousa-Lima北里奥格兰德联邦大学,巴西版权©2022 DeAngelis,冯·帕里斯基、Barkowski Baumann-Pickering,汉堡,戴维斯,约瑟夫,灭世狂舞,Kugler,拉默斯,Margolina,·佩吉,大米,罗瑞安Stokoe藏和舱口。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
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