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齿鲸类动物拥有发出高频声呐信号和处理蕴涵在回声信号中的环境信息的能力。本研究旨在系统地了解江豚(Neophocaena Phocaenoides)回声定位信号的时间和频率特征及其声呐探测能力,首先,分析和描述了野外长江江豚N.p。asiaeorienlalis、沿海江豚N.p.sunameri以及在人工饲养环境中出生的一头幼年长江江豚的回声定位信号,随后,基于长江江豚回声定位信号中双脉冲和多脉冲结构是来源于信号的多路径传播这一结论,估计了开阔水域长江江豚的声呐探测能力。主要结果和结论如下:
江豚淡水种群和沿海种群都发出“典型的”高频、窄带、短持续时间的鼠海豚科动物回声定位“滴答声”。两个种群回声定位“滴答声”的峰值频率平均值都超过120 kHz,而且都不含有低频(频率小于70 kHz)声呐成分。比较这两个种群的回声定位信号特征发现,它们之间回声定位信号的波形和功率谱结构非常相似,而信号的各个声学参数,包括峰值频率fp、3-dB带宽△f、信号持续时间△t、周波数Nc、功率谱的相对带宽Q以及时间一带宽乘积,却存在显著差异(单因子方差分析,p<0.05)。两个种群回声定位信号的带宽都随着峰值频率的增加而呈现出微弱的减少趋势,这表明Q值(fp/△f)不是一个常数,而是随着峰值频率的增加而增加。江豚发声系统的非恒定Q值与其听觉系统的非恒定QERB值(信号的中心频率与等价矩形过滤带宽的比值)相匹配。
幼年长江江豚在出生后不久(最迟在出生后第22天)就表现出回声定位行为。第一次记录到的幼豚脉冲串中的脉冲即与成年江豚回声定位信号非常相似。随着幼豚年龄的增加,其回声定位脉冲串的最大脉冲重复频率(CRRmax)、持续时间以及脉冲数目逐渐减少,而最小脉冲重复频率(CRRmm)则保持不变。
采用几何学和数学的方法证实长江江豚回声定位信号中双脉冲和多脉冲结构不是来自动物本身,而是来自于信号的多路径传播。180°相位反转的水面反射脉冲和无相位反转的水底反射脉冲与直接入射信号之间的时间间隔可以用来计算发声动物距水听器的距离。
在开阔水域,长江江豚回声定位信号的声源级(source levels,SLs)与目标距离相关,并且随着距离R的增加大致以20logR因子增加,而20logR的增加值正好等于信号从动物到目标之间传播的单程传声损失(one-way transmlssionloss),也就是说,当探测目标为反射率不随距离变化而改变的“点目标”时,动物感觉到的回声级(echo levels)将随着距离的减半而增加6 dB。根据“滴答声”的脉冲间间隔和动物—水听器间距离的关系以及各种目标估计的目标强度,我们估计长江江豚以垂直的角度探测一条体长约15 cm的食物鱼、各种刺网以及同种其它个体的最大探测距离分别为11.5 m、2.6-7.9 m和20.2 m。