Performance of a fine-scale positioning acoustic telemetry array in a deep freshwater ecosystem

Resumen Técnico: Desempeño de una Red de Telemetría Acústica de Posicionamiento de Escala Fina en un Ecosistema de Agua Dulce Profundo

Planteamiento del Problema
Las redes de telemetría acústica de posicionamiento de escala fina (FSPA, por sus siglas en inglés) han transformado la capacidad de cuantificar las ubicaciones y movimientos de animales acuáticos específicos mediante el uso de posicionamiento hiperbólico. Sin embargo, aunque se ha estudiado ampliamente el rango de detección de las etiquetas acústicas, el desempeño de las FSPA a través del espacio y el tiempo sigue siendo poco comprendido. Los factores ambientales (estáticos, como la batimetría, y dinámicos, como la temperatura) y la configuración de la red a menudo influyen en la eficacia, pero frecuentemente se omiten en los diseños de estudio, lo que podría reducir la credibilidad de las inferencias. Además, existe una falta de datos exhaustivos sobre cómo funcionan las etiquetas de sincronización (sync) y las etiquetas centinela independientes dentro de los ecosistemas de agua dulce profundos, específicamente en lo que respecta a la eficiencia de detección (DE) y el rango de detección (DR) a lo largo de un ciclo anual.

Metodología
El estudio evaluó el desempeño de una FSPA de 66 receptores desplegada en Parry Sound, Bahía de Georgian, Lago Hurón, Canadá, desde mayo de 2024 hasta mayo de 2025. El ecosistema es profundo (profundidad máxima de 105 m) y experimenta cobertura de hielo estacional.

• Configuración de la Red: Los receptores (VR2AR, 69 kHz) fueron anclados en dos configuraciones de red: un espaciamiento de 400 m cerca de una operación de acuicultura de jaulas de red, y un espaciamiento de 800 m en toda la cuenca principal.
• Tipos de Etiquetas:
  • Etiquetas de Sincronización (Sync Tags): Transmisores internos dentro de cada receptor (baja potencia, ~142 dB) utilizados para sincronizar los relojes de los receptores.
  • Etiquetas Centinela: Etiquetas estacionarias independientes (modelos V9, V13, V16) desplegadas a distancias fijas (100, 200, 400 m) de receptores específicos. Estas alternaron entre configuraciones de baja (146–151 dB) y alta (152–156 dB) potencia.
• Análisis de Datos: Los datos de detección se limpiaron para eliminar falsos positivos y colisiones de código. Se emplearon Modelos Aditivos Generalizados de Efectos Mixtos (GAMM) para modelar la DE y el DR como funciones de la distancia, el tipo/potencia de la etiqueta, la profundidad del fondo, la temperatura del agua del fondo, el día del año y la ubicación espacial (latitud/longitud). El error de posicionamiento (Error de Posición Horizontal, HPE) se analizó en relación con la DE.

Resultados Clave

• Rango de Detección (DR):
  • Etiquetas de Sincronización: Demostraron un rango máximo de ~6,000 m, significativamente mayor que las etiquetas centinela. Esto se atribuye a que los sistemas de recepción detectan aproximadamente cuatro veces más transmisiones de etiquetas sync que de etiquetas centinela dentro del sistema. La distancia en la que ocurrió el 50% de la DE fue de aproximadamente 400 m.
  • Etiquetas Centinela: Oscilaron entre 3,775 m y 5,380 m dependiendo del tamaño y la potencia. Las etiquetas más grandes y de alta potencia (V16) lograron un 50% de DE a ~1,900 m, mientras que las etiquetas más pequeñas y de baja potencia (V9) lograron un 50% de DE a ~800 m.
• Eficiencia de Detección (DE):
  • Espaciamiento: Para las etiquetas de sincronización, los receptores espaciados a 400 m lograron una DE promedio del 80%, lo cual fue un 36% mayor que cuando se espaciaron a 800 m.
  • Variación Espacial: La DE varió significativamente a través de la red. La esquina noroeste y el centro de la red mostraron una DE más alta (hasta un 77% en zonas específicas) en comparación con el suroeste y el noreste (tan bajo como el 12%).
  • Factores Ambientales: La temperatura del agua del fondo tuvo un efecto notable; la DE aumentó durante los meses cálidos cuando las temperaturas del fondo estaban entre 5–8 °C. Por el contrario, la profundidad del fondo tuvo un efecto insignificante en la DE.
  • Potencia de la Etiqueta: Las etiquetas de alta potencia mostraron consistentemente una mayor DE y fueron menos influenciadas por la ubicación del receptor que las de baja potencia.
• Error de Posicionamiento:
  • Hubo una relación negativa débil entre la DE y el error de posición (HPE); a medida que la DE aumentaba, el HPE disminuía ligeramente. Sin embargo, el estudio encontró que la DE no influyó fuertemente en el error de posición, lo que sugiere que las etiquetas sync funcionan bien para las FSPA incluso con variaciones moderadas en la DE, siempre que los receptores estén espaciados entre 400 y 800 m.
  • Los valores predichos de HPE fueron 18, 15 y 12 (unidades adimensionales) para DEs del 25%, 50% y 75%, respectivamente.

Contribuciones Clave

1. Evaluación Anual Integral: Este estudio proporciona una de las pocas evaluaciones de todo un año del desempeño de las FSPA en un sistema de agua dulce profundo, capturando variaciones estacionales incluyendo la cobertura de hielo y la estratificación térmica.
2. Diferenciación del Desempeño de las Etiquetas: Cuantifica las distintas características de desempeño de las etiquetas de sincronización internas frente a las etiquetas centinela independientes, destacando que las etiquetas sync a menudo producen mayores rangos de detección debido a la integración del sistema.
3. Mapeo Espacial y Temporal: La investigación mapea la heterogeneidad espacial en el desempeño de la red, demostrando que incluso con un espaciamiento uniforme de los receptores, áreas específicas (por ejemplo, la esquina noroeste) funcionan significativamente mejor debido a configuraciones físicas locales (por ejemplo, protección contra el viento, forma de la costa).
4. Perspectivas de Optimización: Los datos sugieren que el espaciamiento de los receptores en sistemas de agua dulce profundos similares podría potencialmente aumentarse de 400 m a 600 m sin comprometer la sincronización temporal o el posicionamiento, lo que reduciría la cantidad de receptores requeridos para futuros estudios.

Significancia y Afirmaciones
Los autores afirman que este trabajo proporciona información novedosa relevante para el diseño, la interpretación y la aplicación de los estudios de telemetría acústica. El estudio establece que, si bien la proximidad etiqueta-receptor es el factor crítico para diseñar FSPAs efectivas, también deben considerarse otros factores estáticos y dinámicos (específicamente la temperatura y la ubicación espacial) durante la planificación. Los hallazgos respaldan el uso de FSPAs en sistemas de agua dulce profundos con un espaciamiento de receptores entre 400 y 800 m, asegurando una detección adecuada tanto para las etiquetas sync como para las centinela. Los autores enfatizan que ignorar la variación espacial en la DE puede sesgar el posicionamiento de los animales y la interpretación de sus patrones de movimiento. Esta investigación respalda directamente un estudio en curso sobre los efectos de la acuicultura en el comportamiento de los peces silvestres en Parry Sound y ofrece orientación para futuros despliegues de FSPA en entornos de agua dulce heterogéneos.