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Alpha声学指数效应的meta分析

生物多样性 2023年第1期31卷 141-154页

作者：王言一张屹美夏灿玮 Anders Pape Møller 生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京师范大学生命科学学院北京100875 巴黎萨克雷大学法国科学院巴黎高科生命与环境工程学院系统、生态与进化实验室91190法国

通过声学指数量化声音的特征反映生物的组成和生境信息,是一种高效率、低干扰的监测方式。该研究领域在近十多年来得到了快速的发展,不断有新的声学指数被提出,同时也有大量的实证研究。声学指数可分为反映录音内信息的alpha声学指数和... 详细信息

通过声学指数量化声音的特征反映生物的组成和生境信息,是一种高效率、低干扰的监测方式。该研究领域在近十多年来得到了快速的发展,不断有新的声学指数被提出,同时也有大量的实证研究。声学指数可分为反映录音内信息的alpha声学指数和比较不同录音之间差异的beta声学指数,其中alpha声学指数的实证研究较多。本文在汇总已有研究数据的基础上进行meta分析,关注alpha声学指数与动物多样性、生境质量、动物活跃性之间关联的方向和程度。基于文献调研,本文对8个常用的声学指数进行了总结分析:声学复杂度指数(acoustic complexity index,ACI)、声学熵指数(acoustic entropy index,H)、生物声学指数(bioacoustic index,BI)、标准化声景差异指数(normalized difference soundscape index,NDSI)、声学多样性指数(acoustic diversity index,ADI)、声学均匀度指数(acoustic evenness index,AEI)、声学丰富度指数(acoustic richness index,AR)和频峰数(number of peaks,NP)。其中,ACI是使用频次最高的声学指数,与动物多样性、生境质量和动物活跃性均存在正相关的关系。ACI与陆地动物活跃性之间的联系最为密切,总效应量的均值达到0.53。然而,其他声学指数与动物多样性、生境质量和动物活跃性之间的关联程度普遍不高,平均解释力不足10%。此外,AEI与生境质量呈显著负相关的关系(相关系数的均值为–0.18,符号检验P=0.001),是本研究发现的唯一显著负相关的联系。本研究结果可为常用alpha声学指数的选用提供参考依据。

关键词：声学指数生物多样性动物活跃性生境质量 meta分析

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Beta声学指数的特征和应用

生物多样性 2023年第1期31卷 155-162页

作者：张屹美王言一何衍周冰田苗夏灿玮生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京师范大学生命科学学院北京100875 北京师范大学生命科学学院北京100875

随着录音设备性能的提高和硬件价格的降低,基于录音评估声景来反映生境特征和生物多样性的方法得到快速发展。声学指数是对声音整体特征的量化,受到录音生境和生物组成的共同影响,因此可构建声学指数与生境特征和生物组成的关联。按照... 详细信息

随着录音设备性能的提高和硬件价格的降低,基于录音评估声景来反映生境特征和生物多样性的方法得到快速发展。声学指数是对声音整体特征的量化,受到录音生境和生物组成的共同影响,因此可构建声学指数与生境特征和生物组成的关联。按照作用的尺度,声学指数可分为两类:反映录音内信息的alpha声学指数和比较不同录音之间差异的beta声学指数。随着录音设备的普及,以及在大尺度上进行生物监测工作的增加,对不同时间、不同地点的录音进行比较的需求日益迫切。因此,beta声学指数的开发和应用是声学指数研究的重要方向。本文介绍了11个常用的beta声学指数,并探讨了这些指数的数学特征(非负性、同一性、对称性、直递性、有限性)。本文还通过文献检索获取了beta声学指数在实证中的应用情况,发现研究中常使用beta声学指数反映时间节律、生境特征的差异或生物组成的改变。最后,本文指出了beta声学指数研究/应用中迫切需要发展的3个方向:开发新的指数、优化已有指数的计算方式、增加实证研究。

关键词：声音监测声学指数生物多样性生物声学测度

基于声学指数的神农架公园声音多样性动态变化

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南京林业大学学报(自然科学版) 2023年

作者：罗丽侯亚男杨敬元于新文高灵旺欧阳萱杨铭伦高家军郭安琪刘昱坤国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室神农架国家公园管理局科学研究院中国农业大学植物保护学院中国林业科学研究院资源信息研究所成都东软学院计算机与软件学院

【目的】评估声学指数在神农架国家公园内对动物声音多样性动态变化的响应，探究神农架国家公园的声音多样性的变化特征，为当地生态保护提供量化依据。【方法】在神农架国家公园较大区域内部署了9个声音采集点，连续采集了2021年5—7... 详细信息

【目的】评估声学指数在神农架国家公园内对动物声音多样性动态变化的响应，探究神农架国家公园的声音多样性的变化特征，为当地生态保护提供量化依据。【方法】在神农架国家公园较大区域内部署了9个声音采集点，连续采集了2021年5—7月在神农架国家公园内的声音数据，采用生态声学的方法，从声音数据中提取了声学复杂度指数(ACI)、生物声学指数(BI)、归一化声景差异指数(NDSI)3个声学指数，并探究这3个声学多样性指数夏季的动态变化特征。【结果】ACI指数在夏季变化的总体趋势并不显著，BI指数呈双峰变化趋势，NDSI指数呈三峰/四峰变化趋势；经Mann-kendall突变性检验结果表明，气候和人为干扰是引起指数值突变的主要原因；日变化结果显示ACI指数不能很好地反映日变化趋势，但BI指数和NDSI指数具有明显的日变化趋势，且变化趋势符合物种黎明/黄昏合唱的习性；声学指数随海拔梯度的空间变化结果表明，ACI、BI指数在中海拔区域具有最大值，且ACI指数与海拔相关性较强，NDSI指数没有显著的变化趋势。【结论】BI、NDSI指数能较好地反映动物声音多样性随时间动态变化趋势，气候变化和人为活动会造成声音多样性的突变。ACI指数能较好说明动物声音多样性随空间变化，研究区域内声音多样性在中海拔区域最大。

关键词：神农架声学指数生物多样性声学复杂度指数(ACI) 生物声学指数(BI) 归一化声景差异指数(NDSI)

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基于声学指数监测北京小龙门林区鸟类多样性

北京师范大学学报:自然科学版 2023年第4期59卷 607-613页

作者：赵凯陈功张雁云生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京师范大学生命科学学院北京100875 清华大学生命科学学院北京100084

基于被动声学监测(PAM)收集到的声学数据,通过Spearman相关性分析,研究了6种常用声学指数对百花山国家级自然保护区小龙门林区鸟类物种多样性的指示性能.结果表明:声学复杂性指数(ACI)、生物声学指数(BI)、声学多样性指数(ADI)、声学均... 详细信息

基于被动声学监测(PAM)收集到的声学数据,通过Spearman相关性分析,研究了6种常用声学指数对百花山国家级自然保护区小龙门林区鸟类物种多样性的指示性能.结果表明:声学复杂性指数(ACI)、生物声学指数(BI)、声学多样性指数(ADI)、声学均匀度指数(AEI)等4种声学指数与繁殖期内鸟类多样性的相关性较高;与鸟类物种数的相关系数ρ>0.3,与鸣唱量的相关系数ρ>0.4;显著性水平P声学指数能够有效反映小龙门林区的鸟类多样性,肯定了声学指数作为一种快速评估手段对鸟类多样性的监测效果,并在录音点位数量与录音时长的选择上为同类型的声学研究提供了建议.

关键词：鸟类多样性声学指数被动声学监测声景

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用于鸟类多样性评估的声学指数干扰因素研究

用于鸟类多样性评估的声学指数干扰因素研究

作者：郑鑫君广州大学

学位级别：硕士

鸟类是生态环境健康的指示物种之一,鸟类多样性可以很好地反映生物多样性。声学指数能够对鸟类多样性进行评估,研究人员将其应用于不同生态环境的鸟类调查与监测中。但是在使用过程中,研究人员发现声学指数容易受到多种干扰因素的影响... 详细信息

鸟类是生态环境健康的指示物种之一,鸟类多样性可以很好地反映生物多样性。声学指数能够对鸟类多样性进行评估,研究人员将其应用于不同生态环境的鸟类调查与监测中。但是在使用过程中,研究人员发现声学指数容易受到多种干扰因素的影响。目前针对声学指数的研究主要集中在如何使用一种或者多种声学指数对不同生态环境的鸟类多样性进行准确评估,但是对其干扰因素的研究相对较少。各种干扰因素有可能会导致声学指数的计算结果不准确,从而影响鸟类多样性的评估结果。本文选择在鸟类多样性评估中常用的7种声学指数,研究信号时长、录音设备、环境噪声三个干扰因素对声学指数的影响。本文的主要研究内容如下:首先,研究了信号时长对声学指数的影响。在广州市大学城湾咀头湿地公园采集声音信号,选择30秒至3600秒之间共11种时长,分别计算连续录音和间隔录音两种模式下的声学指数,分析不同信号时长中各种声学指数之间的相关性变化和单一声学指数中不同信号时长之间的相关性变化。结果表明,各种声学指数之间的相关性随着信号时长的增加而降低,因此不建议选取长时间的信号时长。同时对于单一声学指数而言,研究人员可以参考时间成本以及层级聚类分析的结果,根据实际要求选取合适的信号时长。其次,研究了录音设备对声学指数的影响。将4种不同的录音设备放在广州市大学城湾咀头湿地公园同一地点并同时录音,分别计算各个录音信号的各个声学指数。通过对比发现不同录音设备对应的各个声音指数计算结果并不一致。在消声室测量各录音设备的声学参数后,发现指向性、增益、幅频响应均存在明显差异。调整各录音信号的幅度再计算各个声学指数,发现各录音信号对应的各个声学指数值不变,表明设备增益对声学指数没有影响。设计各录音设备的幅频响应均衡器,对相应的录音信号进行均衡后再计算声学指数,发现不同录音设备对应的各个声音指数趋于一致,表明可以通过均衡算法一定程度上减少幅频响应特性对声学指数的影响。最后,研究了环境噪声对声学指数的影响。从鸟声网站Xeno-canto中下载了9种广州市常见鸟类的鸟声数据,从声音数据网站Freesound中下载了雨声、溪流声、风声、交通声4种环境噪声文件。将4种环境噪声与各鸟声文件分别合成11种信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的声音文件,计算各声音文件的7种声学指数,分析各声学指数对环境噪声类型及信噪比的敏感度。

关键词：声学指数干扰因素信号时长录音设备环境噪声

基于声学指数的神农架国家公园声音多样性动态变化

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南京林业大学学报:自然科学版 2023年第5期47卷 39-48页

作者：罗丽侯亚男杨敬元于新文高灵旺欧阳萱杨铭伦高家军郭安琪刘昱坤中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 中国农业大学植物保护学院北京100083 成都东软学院计算机与软件学院四川成都611844 神农架国家公园管理局科学研究院湖北神农架林区442421 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室北京100091

【目的】评估声学指数在神农架国家公园内对动物声音多样性动态变化的响应,探究神农架国家公园声音多样性的变化特征,为当地生态保护提供量化依据。【方法】在神农架国家公园较大区域内部署了9个声音采集点,连续采集了2021年5—7月的样... 详细信息

【目的】评估声学指数在神农架国家公园内对动物声音多样性动态变化的响应,探究神农架国家公园声音多样性的变化特征,为当地生态保护提供量化依据。【方法】在神农架国家公园较大区域内部署了9个声音采集点,连续采集了2021年5—7月的样点声音数据,采用生态声学的方法,从声音数据中提取了声学复杂度指数(ACI)、生物声学指数(BI)、归一化声景差异指数(NDSI)3个声学指数,并探究这3个声学多样性指数夏季的动态变化特征。【结果】ACI指数在夏季变化的总体趋势并不显著,BI指数呈双峰变化趋势,NDSI指数呈3峰或4峰变化趋势;经Mann-Kendall突变性检验的结果表明,气候和人为干扰是引起指数值突变的主要原因;日变化结果显示ACI指数不能很好地反映日变化趋势,但BI指数和NDSI指数具有明显的日变化趋势,且变化趋势符合物种黎明/黄昏合唱的习性;声学指数随海拔梯度的空间变化结果表明,ACI、BI指数在中海拔区域具有最大值,且ACI指数与海拔相关性较强,NDSI指数没有显著的变化趋势。【结论】BI、NDSI指数能较好地反映动物声音多样性随时间动态变化趋势,气候变化和人为活动会造成声音多样性的突变。ACI指数能较好说明动物声音多样性随空间的变化,研究区域内声音多样性在中海拔区域最大。

关键词：声学指数生物多样性声学复杂度指数(ACI) 生物声学指数(BI) 归一化声景差异指数(NDSI) 神农架国家公园

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声学指数与鸟类物种丰富度的相关关系分析

网络新媒体技术 2019年第5期8卷 32-36页

作者：李宁赵兆曾瑞文周文扬许志勇南京理工大学电子工程与光电技术学院

针对声学指数能否在生态环境监测中有效反映鸟类物种丰富度问题,提出了一种客观评价指数有效性的方法。以典型的野外实测声学场景作为背景,在信噪比与鸟鸣频度不变的条件下,通过改变声学背景中所有鸟鸣信号对应的物种数量,分析鸟类物种... 详细信息

针对声学指数能否在生态环境监测中有效反映鸟类物种丰富度问题,提出了一种客观评价指数有效性的方法。以典型的野外实测声学场景作为背景,在信噪比与鸟鸣频度不变的条件下,通过改变声学背景中所有鸟鸣信号对应的物种数量,分析鸟类物种丰富度与6种常用声学指数之间的相关关系。实验发现声学多样性、声学均匀度和声熵指数与鸟类物种丰富度呈现中度相关性,该结果表明,采用声学指数开展生态区域内鸟类物种丰富度监测是可行的。

关键词：声学指数生态环境监测物种丰富度鸟鸣信号分析

利用生物声学指标评估暗针叶林鸣禽围攻事件中的鸣声特征

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 118-126页

作者：王江月田佳周正暘马晓昀龙玉王戎疆李晟北京大学生命科学学院北京100871

利用鸣声播放实验,并结合自动录音技术,综合使用多种声学指数,探究亚高山森林生态系统中,森林鸣禽在围攻事件中鸣声的声学特征及其变化规律。2021年夏季,在四川王朗国家级自然保护区冷云杉暗针叶林中分别播放领鸺鹠(Glaucidium brodiei... 详细信息

利用鸣声播放实验,并结合自动录音技术,综合使用多种声学指数,探究亚高山森林生态系统中,森林鸣禽在围攻事件中鸣声的声学特征及其变化规律。2021年夏季,在四川王朗国家级自然保护区冷云杉暗针叶林中分别播放领鸺鹠(Glaucidium brodiei)鸣声和暗绿柳莺(Phylloscopus trochiloides)报警鸣叫来引发鸣禽围攻,使用自动录音设备记录播放期间及播放前后在实验位点上自由活动的森林鸣禽的鸣声。设置12个位点,每个位点进行领鸺鹠和暗绿柳莺播放实验各一次。24次实验共记录到分属3目17科的28种鸟类参与围攻行为,实验录音总有效时长为1057分钟。对围攻行为的观察和对录音记录的声学指数分析结果表明:1)领鸺鹠鸣声和柳莺报警鸣叫都可以有效地引发鸣禽的围攻行为,柳莺类与山雀类鸣禽是参与围攻的主体;2)两种鸣声播放期间,森林鸣禽的鸣声声强均显著高于播放前(领鸺鹠鸣声实验SPLavg=-31.02±4.87 dB(播放期间),SPLavg=-42.74±4.68 dB(播放前空白段),p=0.001;暗绿柳莺报警鸣叫回放实验SPLavg=-33.26±4.05 dB(播放期间),SPLavg=-46.38±4.54 dB(播放前空白段),p=0.001),鸣声复杂度均显著低于播放前(领鸺鹠鸣声实验H=0.76±0.02(播放期间),H=0.80±0.03(播放前空白段),p=0.001;暗绿柳莺报警鸣叫回放实验H=0.77±0.02(播放期间),H=0.82±0.02(播放前空白段),p=0.001);3)播放领鸺鹠鸣声或暗绿柳莺报警鸣叫并未引发声学指数变化程度的显著不同。研究结果从声学层面为鸟类行为研究提供新的思路,同时为大范围的声景监测数据提供新的行为学应用场景。

关键词：自动录音技术声学指数鸟类围攻行为鸣声播放实验森林鸣禽王朗国家级自然保护区

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海南长臂猿生境的声景观与声学活动评估

生态学杂志 2024年第3期43卷 804-814页

作者：郭安琪刘昱坤于新文张旭陈艳罗丽高家军杨蔡芸中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室北京100091 中国农业大学植物保护学院北京100193

海南霸王岭自然保护区是中国唯一保护海南长臂猿及其生存环境的国家级自然保护区,具有海南长臂猿(Nomascus hainanus)声音、鸟类声音等丰富的声景资源。探究海南长臂猿生境内的声景构成及声学活动,旨在为该区域的生态保护提供技术支撑... 详细信息

海南霸王岭自然保护区是中国唯一保护海南长臂猿及其生存环境的国家级自然保护区,具有海南长臂猿(Nomascus hainanus)声音、鸟类声音等丰富的声景资源。探究海南长臂猿生境内的声景构成及声学活动,旨在为该区域的生态保护提供技术支撑。利用被动声学监测技术采集该保护区的声音数据,通过分析不同频率范围内的声景功率分布,描述了保护区声景观的特征与日变化;基于广泛使用的4个声学指数ACI(acoustic complex index)、ADI(acoustic diversity index)、BI(bioacoustic index)、NDSI(normalized difference soundscape index)来评估海南长臂猿声音,并利用随机森林算法,以4个声学指数为预测变量,有无海南长臂猿声音为响应变量,对声音数据进行分类。结果表明:(1)不同频率范围内的声景功率反映了研究区不同的声学群落信息,具有显著的时间变化特征,表明了鸟类、海南长臂猿等动物的黎明和黄昏合唱活动,其中,1~2 kHz符合海南长臂猿的黎明合唱,2~5 kHz符合鸟类等动物的生活规律;(2)有海南长臂猿与无长臂猿鸣叫时声学指数的变化趋势存在明显差异,其中,NDSI的变化差异最大;(3)4个声学指数对于海南长臂猿声音数据的分类结果较好,交叉验证后的AUC值为0.9764。本研究基于声景观有效地获取了试验区动物的活动特征,并证明了利用声学指数评估海南长臂猿鸣叫的可行性,为海南霸王岭地区及海南长臂猿的声学监测奠定基础。

关键词：声景生态学声学指数海南长臂猿被动声学监测随机森林

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