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

技術要約：北チリ・パタゴニアにおける船舶騒音によるシロナガスクジラの音声マスキング

問題提起
人為的な水中騒音は、音響マスキングによる通信空間の減少を引き起こし、 baleen whales（ヒゲクジラ類）に対して重大な脅威となっている。北チリ・パタゴニア（NCP）は、絶滅危惧種である南東太平洋シロナガスクジラ（Balaenoptera musculus）にとって重要な摂餌場であるが、この海域は船舶交通との大幅な重複が生じている。これまでの研究では、NCPにおけるクジラの生息地と船舶交通の空間的重複が記録され、また騒音マスキングの一般的なメカニズムも確立されているが、この海域における船舶騒音がシロナガスクジラの通信空間に与える具体的な影響を定量化した研究はこれまで存在しなかった。さらに、既存のマスキング研究の多くは、実測データではなくシミュレーション上の動物の動き（animats）に依存している。本研究は、現在の海運条件下における南東太平洋シロナガスクジラの通信マスキングの時空的変動に関する理解の空白を埋めるものであるとともに、緩和策としての船舶速度制限（8ノットおよび10ノット制限）の潜在的な有効性を評価するものである。

方法論
本研究では、4頭の衛星タグ装着済みのシロナガスクジラ（B12、B13、B14、B15）から得られた実測データと、2019年2月4日から6月16日までの自動識別装置（AIS）による船舶データを組み合わせた、音響マスキングモデリングの枠組みを採用した。

• データソース:

  • クジラの軌跡: 衛星タグからのリアルタイムの移動データは、観測誤差や海洋学的変数を考慮するため、連続時間相関ランダムウォークモデルを用いて処理された。
  • 船舶データ: AISデータにより、船舶の座標、クラス、全長、および速度が提供された。船舶の軌跡は10分間隔のウェイポイントに間引きされた。
  • 環境データ: 自然界の背景雑音をモデル化するために、NCEP/NOAAから風速データを取得した。

• モデリング手法:

  • 通信空間の推定: Clarkら（2009）の枠組みに基づき、2種類のコールタイプ、すなわち長距離の「ソングコール」（20–25 Hz）と短距離の「Dコール」（38–88 Hz）について、「送信者通信空間」（音響通信が発生し得る最大領域）を算出した。
  • 伝搬モデル: 球状拡散と円筒状拡散の中間に位置する拡散損失モデルを使用し、GEBCOによる水深データを取り入れた。音源レベルは、ソングコールで174 dB、Dコールで166 dBと仮定した。
  • マスキング計算: クジラの軌跡を取り囲む潜在的な受信機のグリッドに対して、信号過剰（Signal Excess: SE）を算出した。通信空間の損失（$CS_{loss}$）およびマスキング（$M_s$）は、自然な風による雑音条件下の通信空間と、船舶騒音を含む条件下の通信空間を比較することによって導出された。
  • シナリオ: モデルでは、(a) 風による雑音のみ、(b) 風 ＋ 現在の船舶騒音、(c) 風 ＋ 10ノットの速度制限を適用した船舶騒音、(d) 風 ＋ 8ノットの速度制限を適用した船舶騒音、の4つの条件をシミュレートした。

主な結果

• 現在のマスキングレベル: 現在の船舶交通条件下では、船舶騒音により、タグ付けされた4頭のクジラにおいて、ソングコールの通信空間が平均25%、**Dコールの通信空間が47%**減少した。
• 最大の影響: ピーク時のマスキングは、ソングコールで68.4%、**Dコールで97.3%**に達した。
• 変動性: マスキングは、クジラの位置、水深、風の状態、および船舶交通密度に影響され、時間的および空間的に大きく変動した。Dコールは、音源レベルが低く周波数が高いために伝搬範囲が限られるため、一貫してソングコールよりも高いマスキングを示した。
• 船舶サイズの影響: 100メートルを超える船舶は、最も高い中央値のマスキング（ソングコールで29%、Dコールで50%）を発生させた。これは、ソングコールにおいては51–100mの船舶が発生させるマスキングの4倍以上であり、Dコールにおいては2倍以上であった。
• 速度制限の有効性:
  • 10ノットの速度制限を導入した場合、中央値のマスキングはソングコールで16–27%、Dコールで33–43%に減少した。
  • 8ノットの速度制限を導入した場合、特定のクジラの軌跡に応じて、中央値のマスキングはさらに減少し、ソングコールで5–9%、**Dコールで22–32%**となった。
  • 小型の船舶クラス（<100 m）については、8ノットの制限によりソングコールのマスキングは0%となった。

意義と主張
著者らは、本研究が（シミュレーション上の）animatではなく、実際のシロナガスクジラの移動軌跡を用いて通信マスキングを推定した初めての研究であり、通信空間の損失における時空的変動をより現実的に評価したものであると主張している。

本論文は以下の結論を得ている：

1. 船舶の速度制限は、二目的を兼ね備えた効果的な緩和策である。 速度を8ノットまたは10ノットに制限することは、音響マスキングを減少させると同時に、騒音と死亡率の両方に最も寄与する大型船による致命的な船舶衝突のリスクを低減させる。
2. Dコールは不釣り合いに大きな影響を受ける。 Dコールの高いマスキングは、船舶騒音が、この摂餌場において極めて重要な行動である近距離の社会的コミュニケーションや採餌の調整を特異的に阻害することを示唆している。
3. 管理上の示唆。 NCP摂餌場における保全戦略に速度管理を組み込むことは、実質的な生態学的利益をもたらす可能性がある。本研究は、船舶の音響的フットプリントを軽減するための実行可能な戦略として、速度制限（特に8ノット）の導入を支持している。