Article title: Acoustic masking of blue whale calls by ship noise in Northern Chilean Patagonia

तकनीकी सारांश: उत्तरी चिली पेटागोनिया में जहाज के शोर द्वारा ब्लू व्हेल की कॉल्स का ध्वनिक मास्किंग (Acoustic Masking)

समस्या विवरण
मानवजनित अंतर्जलीय शोर बेलीन व्हेल (baleen whales) के लिए एक महत्वपूर्ण खतरा है, क्योंकि यह ध्वनिक मास्किंग के माध्यम से संचार क्षेत्र (communication space) को कम कर देता है। उत्तरी चिली पेटागोनिया (NCP) दक्षिण-पूर्वी प्रशांत ब्लू व्हेल (Balaenoptera musculus) के लिए एक महत्वपूर्ण फीडिंग ग्राउंड (भोजन क्षेत्र) है, फिर भी यह समुद्री यातायात के साथ पर्याप्त ओवरलैप का अनुभव करता है। हालांकि पिछले अध्ययनों ने NCP में व्हेल आवासों और जहाज यातायात के बीच स्थानिक ओवरलैप का दस्तावेजीकरण किया है, और शोर मास्किंग के सामान्य तंत्र स्थापित किए हैं, लेकिन किसी भी पूर्व शोध ने इस क्षेत्र में ब्लू व्हेल के संचार स्थान पर जहाज के शोर के विशिष्ट प्रभावों को मात्रात्मक रूप से निर्धारित नहीं किया था। इसके अलावा, मौजूदा मास्किंग अध्ययन अक्सर वास्तविक डेटा के बजाय सिम्युलेटेड एनिमल मूवमेंट्स (simulated animal movements) पर निर्भर करते हैं। यह अध्ययन वर्तमान शिपिंग स्थितियों के तहत दक्षिण-पूर्वी प्रशांत ब्लू व्हेल के लिए संचार मास्किंग की अस्थायी और स्थानिक परिवर्तनशीलता की समझ में मौजूद अंतर को संबोधित करता है और शमन रणनीति (mitigation strategy) के रूप में जहाज की गति में कमी (8 kt और 10 kt सीमा) की संभावित प्रभावकारिता का मूल्यांकन करता है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
अध्ययन ने चार सैटेलाइट-टैग्ड ब्लू व्हेल (B12, B13, B14, और B15) से प्राप्त अनुभवजन्य डेटा (empirical data) और 4 फरवरी से 16 जून, 2019 के बीच एकत्र किए गए ऑटोमैटिक आइडेंटिफिकेशन सिस्टम (AIS) वेसल डेटा के साथ एक ध्वनिक मास्किंग मॉडलिंग फ्रेमवर्क का उपयोग किया।

• डेटा स्रोत:

  • व्हेल ट्रैक्स: सैटेलाइट टैग से प्राप्त रियल-टाइम मूवमेंट डेटा को ऑब्जर्वेशनल एरर और ओशनोग्राफिक वेरिएबल्स को ध्यान में रखते हुए एक 'कंटीन्यूअस-टाइम कोरिलेटेड-रैंडम-वॉक मॉडल' का उपयोग करके प्रोसेस किया गया।
  • वेसल डेटा: AIS डेटा ने जहाज के निर्देशांक (coordinates), वर्ग, लंबाई और गति प्रदान की। वेसल ट्रैक्स को 10-मिनट के वेपॉइंट्स में विभाजित (decimated) किया गया।
  • पर्यावरणीय डेटा: प्राकृतिक परिवेशी शोर (natural ambient noise) को मॉडल करने के लिए विंड स्पीड डेटा NCEP/NOAA से प्राप्त किया गया था।

• मॉडलिंग दृष्टिकोण:

  • कम्युनिकेशन स्पेस एस्टीमेशन: क्लार्क एट अल. (2009) के फ्रेमवर्क के आधार पर, अध्ययन ने दो प्रकार की कॉल्स के लिए "सेंडर कम्युनिकेशन स्पेस" (वह अधिकतम क्षेत्र जहाँ ध्वनिक संचार हो सकता है) की गणना की: लंबी दूरी की "सॉन्ग कॉल्स" (20–25 Hz) और छोटी दूरी की "D-कॉल्स" (38–88 Hz)।
  • प्रोपैगेशन मॉडल: GEBCO से प्राप्त बाथिमेट्री (bathymetry) को शामिल करते हुए, स्फेरिकल और सिलिंड्रिकल स्प्रेडिंग के बीच के एक स्प्रेडिंग-लॉस मॉडल का उपयोग किया गया। सोर्स लेवल क्रमशः सॉन्ग्स के लिए 174 dB और D-कॉल्स के लिए 166 dB माने गए।
  • मास्किंग गणना: व्हेल ट्रैक्स के आसपास संभावित रिसीवर्स के ग्रिड के लिए सिग्नल एक्सीस (Signal Excess - SE) की गणना की गई। नेचुरल विंड नॉइज़ स्थितियों बनाम वेसल नॉइज़ सहित स्थितियों के बीच कम्युनिकेशन स्पेस की तुलना करके कम्युनिकेशन स्पेस लॉस ($CS_{loss}$) और मास्किंग ($M_s$) निकाला गया।
  • परिदृश्य (Scenarios): मॉडल ने चार स्थितियों का अनुकरण किया: (a) केवल विंड नॉइज़; (b) विंड + वर्तमान वेसल नॉइज़; (c) विंड + 10 kt स्पीड लिमिट के साथ वेसल नॉइज़; और (d) विंड + 8 kt स्पीड लिमिट के साथ वेसल नॉइज़।

मुख्य परिणाम

• वर्तमान मास्किंग स्तर: वर्तमान वेसल ट्रैफिक स्थितियों के तहत, जहाज के शोर ने इन चार टैग्ड व्हेल के लिए सॉन्ग कॉल्स के लिए कम्युनिकेशन स्पेस में औसतन 25% और D-कॉल्स के लिए 47% की कमी की।
• अधिकतम प्रभाव: पीक मास्किंग सॉन्ग कॉल्स के लिए 68.4% और D-कॉल्स के लिए 97.3% तक पहुँच गई।
• परिवर्तनशीलता: मास्किंग समय और स्थान के साथ महत्वपूर्ण रूप से भिन्न हुई, जो व्हेल के स्थान, बाथिमेट्री, हवा की स्थिति और वेसल ट्रैफिक घनत्व से प्रभावित थी। कम सोर्स लेवल और उच्च फ्रीक्वेंसी के कारण D-कॉल्स ने सॉन्ग कॉल्स की तुलना में लगातार अधिक मास्किंग का अनुभव किया, जो उनके प्रसार रेंज (propagation range) को सीमित करता है।
• वेसल साइज का प्रभाव: 100 मीटर से बड़े जहाजों ने उच्चतम मीडियन मास्किंग (सॉन्ग्स के लिए 29%, D-कॉल्स के लिए 50%) उत्पन्न की। यह सॉन्ग्स के लिए 51–100 मीटर के जहाजों द्वारा उत्पन्न मास्किंग से चार गुना अधिक था, और D-कॉल्स के लिए दोगुने से भी अधिक था।
• स्पीड लिमिट की प्रभावकारिता:
  • 10 kt की स्पीड लिमिट लागू करने से सॉन्ग कॉल्स के लिए मीडियन मास्किंग घटकर 16–27% और D-कॉल्स के लिए 33–43% रह गई।
  • 8 kt की स्पीड लिमिट लागू करने से सॉन्ग कॉल्स के लिए मीडियन मास्किंग और घटकर 5–9% और विशिष्ट व्हेल ट्रैक के आधार पर D-कॉल्स के लिए 22–32% रह गई।
  • छोटे वेसल क्लास (<100 मीटर) के लिए, 8 kt की सीमा के परिणामस्वरूप सॉन्ग कॉल्स के लिए 0% मास्किंग हुई।

महत्व और दावे
लेखकों का दावा है कि यह अध्ययन एनिमेट्स (animats) के बजाय वास्तविक ब्लू व्हेल मूवमेंट ट्रैक्स का उपयोग करके कम्युनिकेशन मास्किंग का अनुमान लगाने वाला पहला अध्ययन है, जो कम्युनिकेशन स्पेस के नुकसान की अस्थायी और स्थानिक परिवर्तनशीलता का अधिक यथार्थवादी मूल्यांकन प्रदान करता है।

यह शोध निष्कर्ष निकालता है कि:

1. वेसल स्पीड रिडक्शन एक प्रभावी दोहरे उद्देश्य वाला शमन उपाय (dual-purpose mitigation measure) है। गति को 8 kt या 10 kt तक कम करने से ध्वनिक मास्किंग और घातक जहाज टक्कर (ship strike) के जोखिम, दोनों में एक साथ कमी आती है, विशेष रूप से सबसे बड़े जहाजों के लिए जो शोर और मृत्यु दर दोनों में सबसे अधिक योगदान देते हैं।
2. D-कॉल्स अत्यधिक प्रभावित होती हैं। D-कॉल्स की उच्च मास्किंग यह संकेत देती है कि जहाज का शोर विशेष रूप से करीबी सामाजिक संचार और फोरेजिंग समन्वय (foraging coordination) को बाधित करता, जो इस फीडिंग ग्राउंड में महत्वपूर्ण व्यवहार हैं।
3. प्रबंधन निहितार्थ (Management Implications)। NCP फीडिंग ग्राउंड के लिए संरक्षण रणनीतियों में स्पीड मैनेजमेंट को एकीकृत करना पर्याप्त पारिस्थितिक लाभ प्रदान कर सकता है। यह अध्ययन स्पष्ट करता है कि स्पीड लिमिट (विशेष रूप से 8 kt) को महत्वपूर्ण ब्लू व्हेल आवासों में शिपिंग के ध्वनिक फुटप्रिंट को कम करने के लिए एक व्यवहार्य रणनीति के रूप में लागू किया जा सकता है।