Acoustic characteristics of forage fish species in the Gulf of Alaska and Bering Sea based on Kirchhoff-approximation models

Acoustic surveys are routinely used to assess fish abundance. To ensure accurate population estimates, the characteristics of echoes from constituent species must be quantified. Kirchhoff-ray mode (KRM) backscatter models were used to quantify acoustic characteristics of Bering Sea and Gulf of Alaska pelagic fish species: capelin (Mallotus villosus), Pacific herring (Clupea pallasii), walleye pollock (Theragra chalcogramma), Atka mackerel (Pleurogrammus monopterygius), and eulachon (Thaleichthys pacificus). Atka mackerel and eulachon do not have swimbladders. Acoustic backscatter was estimated as a function of insonifying frequency, fish length, and body orientation relative to the incident wave front. Backscatter intensity and variance estimates were compared to examine the potential to discriminate among species. Based on relative intensity differences, species could be separated in two major groups: fish with gas-filled swimbladders and fish without swimbladders. The effects of length and tilt angle on echo intensity depended on frequency. Variability in target strength (TS) resulting from morphometric differences was high for species without swimbladders. Based on our model predictions, a series of TS to length equations were developed for each species at the common frequencies used by fisheries acousticians. Résumé : Les inventaires acoustiques sont utilisés régulièrement pour estimer l’abondance des poissons. Pour obtenir des estimations précises, les caractéristiques des échos provenant des différentes espèces doivent être quantifiées. Des modèles de réflexion acoustique fondées sur l’approximation de Kirchhoff ont été utilisés pour mesurer les propriétés acoustiques de plusieurs espèces dans le Golf de l’Alaska et la Mer de Béring : le capelan (Mallotus villosus), le hareng du Pacifique (Clupea pallasii), la goberge de l’Alaska (Theragra chalcogramma), le maquereau Atka (Pleurogrammus monopterygius) et l’eulakane (Thaleichthys pacificus). Le maquereau Atka et l’eulakane n’ont pas de vessies natatoires. La rétro-diffusion acoustique a été estimée en fonction de la fréquence sonore, de la taille et de l’orientation des poissons. L’intensité des échos et leur variance ont été comparées pour examiner la possibilité de discerner les espèces. Nous avons découvert que les espèces peuvent être séparées en deux groupes selon la présence ou l’absence de vessie natatoire. L’incidence de la taille et de l’orientation sur l’intensité des échos dépendaient de la fréquence sonore. La variabilité de l’indice de réflexion (IR) due aux différences morphométriques était élevée pour les espèces sans vessie. Des équations mettant en rapport la taille des poissons et l’IR ont été élaborées pour chaque espèce en fonction des fréquences sonores les plus couramment utilisées. Gauthier and Horne 1850