Approccio semi-empirico alla valutazione del mascheramento acustico da rumore navale per la Balaenoptera physalus

Abstract

Il mascheramento acustico dovuto al rumore antropogenico è sempre più considerato come una minaccia per i mammiferi marini, in particolar modo per quelli specializzati nelle basse frequenze come la Balenottera comune (Balaenoptera physalus). Una delle sorgenti di rumore antropico che interessa aree molto vaste è il rumore navale che ha un ritmo di crescita notevole. Nel Mar Mediterraneo le rotte navali interessano anche aree protette come il Santuario per i cetacei Pelagos dove la concentrazione delle balenottere è più alta che altrove. Questo lavoro presenta un metodo per la quantificazione del mascheramento acustico da traffico navale applicato alla Balenottera comune integrando misure empiriche a simulazioni modellistiche e applicando i risultati nell'area del Santuario Pelagos. L'approccio semi-empirico permette di risolvere l'equazione del sonar passivo e quella del sonar attivo, fornendo sia una stima dei Source Levels navali che quella del SNR (Signal to Noise Ratio) per quantificare nello spazio 2D (profondità vs. range) le aree interessate dal mascheramento. Vengono considerati come ambienti di simulazione un sito costiero e uno pelagico, in modo da ottenere un quadro completo della propagazione acustica affidata al modello RAMSGeo (Range-dependent Acoustic Modelling) nel quale sono state scritte ulteriori funzioni che permettono di integrare le soluzioni ottenute alle due equazioni del sonar (attivo e passivo). Nel sito costiero è misurato il rumore di cinque navi rappresentative del traffico navale del Santuario Pelagos (ro-ro pax) adottando un sistema innovativo che integra un segnale per la calibrazione della catena di misura (2100 Hz), facilitando così l'ottenimento di misure assolute (in dB re 1 μPa). Alle misure di rumore navale sono aggiunte misure di rumore ambientale per fornire un'evidenza delle differenti scene acustiche possibili. I livelli e le frequenze adottate per la classificazione dei suoni della Balenottera comune sono presi in parte da letteratura. I risultati ottenuti mostrano come nei due ambienti simulati esistano delle “soglie” minime di intensità acustica necessarie per un'effettiva propagazione del suono: 60 dB in ambiente costiero e 40 dB in ambiente pelagico. I valori di SNR mostrano come il rumore delle navi ro-ro pax sia sempre mascherante per le balenottere comuni, mentre nello scenario di propagazione in presenza del solo rumore ambientale, le zone di mascheramento sono molto ridotte, permettendo quindi la comunicazione oltre 220 km di distanza. Il metodo presentato può essere applicato a diverse specie, a contesti e habitat differenti per stimare l'impatto potenziale del mascheramento acustico in sorgenti di rumore non impulsive.

Acoustic masking from anthropogenic noise is increasingly considered as a potential threat to marine mammals, especially for those specializing in low frequencies, such as the Fin whale (Balaenoptera physalus). One of the sources of anthropogenic noise that affects large areas is shipping noise, which has grown considerably of the past decades. In the Mediterranean Sea shipping routes also affect protected areas for cetaceans such as the Pelagos Sanctuary for marine mammals, where the concentration of fin whales is higher than elsewhere in the Mediterranean. This paper presents a method for the quantification of the acoustic risk from vessel traffic applied to fin whales, integrating empirical measures and simulation modeling and applying the results to the Pelagos Sanctuary. The semi-empirical approach can resolve both the passive sonar equation and the active one, providing both an estimate of the naval Source Levels and of the SNR (Signal to Noise Ratio) to measure areas affected by masking in 2D space (depth vs. Range). The simulation encompassed two different habitats with each one coastal and one pelagic site in order to obtain a complete picture of the acoustic propagation model obtained with RAMSGeo (Range-dependent Acoustic Modeling). The latter considers several functions allowing one to integrate the two solutions obtained with the sonar equations. Within the coastal site we measured five ships (ro-ro pax) which are representative of shipping wihin the Pelagos Sanctuary by adopting an innovative system that integrates a calibration tone (@2100 Hz) within the measuring system, thus facilitating the achievement of absolute measures (in dB re 1 μPa). Measures of shipping noise are added to ambient noise measurements to provide evidence of the possible various acoustic scenarios. The levels and frequencies adopted for the classification of the sounds of Fin whales are taken in part from the literature. The results show that in two simulated environments there are acoustic "thresholds" necessary for effective propagation of sound: 60 dB in coastal environment, and 40 dB in the pelagic environment. The values of SNR show that ro-ro pax noise is always masking fin whales sounds, while within the ambient noiseonly scenario of propagation, masking areas are very limited, thus allowing fin whales to communicate in excess of 220km. The method presented is suited to be applied to different species, different habitats and environments to estimate the potential impact of acoustic masking for non-impulsive acoustic sources.