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

기술 요약: 북부 칠레 파타고니아 지역의 선박 소음이 대왕고래 호출에 미치는 음향 마스킹 효과

문제 제기
인위적인 수중 소음은 음향 마스킹을 통해 의사소통 공간을 감소시킴으로써 수염고래류에게 심각한 위협이 되고 있다. 북부 칠레 파타고니아(NCP)는 멸종 위기종인 남동태평양 대왕고래(Balaenoptera musculus)의 중요한 먹이 활동 구역이지만, 이 지역은 해상 교통량과 상당 부분 중첩된다. 이전 연구들이 NCP 내 고래 서식지와 선박 통행량 사이의 공간적 중첩을 기록하고 일반적인 소음 마스킹 메커니즘을 확립해 왔으나, 이 지역 대왕고래의 의사소통 공간에 미치는 선박 소음의 구체적인 영향을 정량화한 연구는 선행된 바 없다. 또한, 기존의 마스킹 연구들은 실제 데이터보다는 시뮬레이션된 동물 움직임(animats)에 의존하는 경우가 많다. 본 연구는 현재의 해운 조건 하에서 남동태평양 대왕고래의 의사소통 마스킹에 대한 시공간적 변동성을 이해하는 데 있어 존재하는 공백을 메우고, 선박 속도 제한(8노트 및 10노트 제한)의 완화 전략으로서의 잠재적 효용성을 평가한다.

연구 방법론
본 연구는 2019년 2월 4일부터 6월 16일 사이에 수집된 4마리의 위성 태그 부착 대왕고래(B12, B13, B14, B15)의 실측 데이터와 자동 식별 시스템(AIS) 선박 데이터를 결합한 음향 마스킹 모델링 프레임워크를 사용하였다.

• 데이터 출처:

  • 고래 이동 경로: 관측 오차와 해양학적 변수를 고려하기 위해 연속 시간 상관 무작위 보행(continuous-time correlated-random-walk) 모델을 사용하여 위성 태그로부터 얻은 실시간 이동 데이터를 처리하였다.
  • 선박 데이터: AIS 데이터는 선박의 좌표, 등급, 길이 및 속도를 제공하였다. 선박 경로는 10분 간격의 웨이포인트로 축소되었다.
  • 환경 데이터: 자연적인 배경 소음을 모델링하기 위해 NCEP/NOAA로부터 풍속 데이터를 확보하였다.

• 모델링 접근 방식:

  • 의사소통 공간 추정: Clark 등(2009)의 프레임워크를 기반으로, 두 가지 호출 유형인 장거리 "송 콜(song calls)"(20–25 Hz)과 단거리 "D-콜(D-calls)"(38–88 Hz)에 대한 "송신자 의사소통 공간"(음향 의사소통이 발생할 수 있는 최대 영역)을 계산하였다.
  • 전파 모델: GEBCO의 수심 데이터를 포함하여 구형 확산과 원통형 확산의 중간 단계인 전파 손실 모델을 사용하였다. 음원 레벨은 송 콜의 경우 174 dB, D-콜의 경우 166 dB로 가정하였다.
  • 마스킹 계산: 고래 이동 경로를 둘러싼 잠재적 수신 그리드에 대해 신호 과잉(Signal Excess, SE)을 계산하였다. 자연 풍속 소음 조건과 선박 소음이 포함된 조건을 비교하여 의사소통 공간 손실($CS_{loss}$)과 마스킹($M_s$)을 도출하였다.
  • 시나리오: 모델은 다음 네 가지 조건을 시뮬레이션하였다: (a) 풍속 소음만 존재, (b) 풍속 소음 + 현재 선박 소음, (c) 풍속 소음 + 10노트 속도 제한 적용 선박 소음, (d) 풍속 소음 + 8노트 속도 제한 적용 선박 소음.

주요 결과

• 현재 마스킹 수준: 현재의 선박 통행 조건 하에서, 선박 소음은 네 마리의 태그된 고래 전체에 대해 송 콜의 의사소통 공간을 평균 25%, D-콜의 의사소통 공간을 47% 감소시켰다.
• 최대 영향: 피크 마스킹은 송 콜의 경우 68.4%, D-콜의 경우 **97.3%**에 달했다.
• 변동성: 마스킹은 고래의 위치, 수심, 풍속 조건 및 선박 통행 밀도의 영향을 받아 시간과 공간에 따라 크게 변했다. D-콜은 낮은 음원 레벨과 높은 주파수로 인해 전파 범위가 제한되므로 송 콜보다 일관되게 더 높은 마스킹을 경험했다.
• 선박 크기의 영향: 100미터 이상의 선박은 가장 높은 중앙값 마스킹(송 콜 29%, D-콜 50%)을 생성했다. 이는 송 콜에 대해 51~100m급 선박이 생성하는 마스킹보다 4배 이상 높았으며, D-콜의 경우 2배 이상 높았다.
• 속도 제한의 효용성:
  • 10노트 속도 제한을 시행할 경우, 송 콜에 대한 중앙값 마스킹은 16–27%, D-콜에 대해서는 33–43%로 감소하였다.
  • 8노트 속도 제한을 시행할 경우, 특정 고래 경로에 따라 송 콜에 대한 중앙값 마스킹은 5–9%, D-콜에 대해서는 **22–32%**로 추가 감소하였다.
  • 소형 선박 클래스(<100m)의 경우, 8노트 제한은 송 콜에 대해 0%의 마스킹 결과를 나타냈다.

의의 및 주장
저자들은 본 연구가 시뮬레이션된 애니맷(animats)이 아닌 실제 대왕고래의 이동 경로를 사용하여 의사소통 마스킹을 추정한 첫 번째 연구라고 주장하며, 이를 통해 의사소통 공간 손실의 시공간적 변동성을 더욱 현실적으로 평가하였다.

본 논문은 다음과 같이 결론짓는다:

1. 선박 속도 감속은 효과적인 이중 목적 완화 조치이다. 속도를 8노트 또는 10노트로 줄이는 것은 음향 마스킹을 감소시키는 동시에, 소음과 사망 사고 모두에 가장 큰 기여를 하는 대형 선박의 치명적인 선박 충돌 위험을 낮춘다.
2. D-콜이 불균형적으로 큰 영향을 받는다. D-콜의 높은 마스킹은 선박 소음이 근거리 사회적 의사소통 및 먹이 활동 협력과 같은 핵심적인 행동을 구체적으로 저해함을 시사하며, 이는 이 먹이 활동 구역에서 매우 중요한 행동들이다.
3. 관리적 시사점. NCP 먹이 활동 구역에 대한 보전 전략에 속도 관리를 통합하는 것은 상당한 생태적 이익을 제공할 수 있다. 본 연구는 해양 운송의 음향 발자국을 완화하기 위한 실행 가능한 전략으로서 속도 제한(특히 8노트)의 도입을 지지한다.