Page 131 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 谢志敏等： 采用被动声监测方法识别波弗特海区域海洋水声环境 793

design and hardware selection for passive acoustic monitoring. The results can be compared with the published
conclusions in the past to describe and understand exactly the changes in the New Arctic.
Keywords: Arctic Ocean; Passive monitoring; Low frequency; Ocean ambient noise; Background noise; Noise
characteristic

数据必然会大量依靠现场布放的被动监测浮、潜标
0 引言
进行实时或准实时观测，而不仅仅依靠单一的夏季

海洋环境是一个嘈杂的世界，无论是生物活动、 科考活动。但是目前还没有一种综合的冰下环境场
自然活动还是人工活动，都会产生大量的噪声，从而 监测数据处理方法，这给声学监测带来了不便；并且
改变水下的声学环境。因此，海洋水声环境不是静 北冰洋地区缺乏宽带通信基础条件，数据率有限，无
态的，而是在不同的时间尺度上波动。在极地地区， 法进行实时数据传输，只能回传特性结果。因此，如
虽然海冰覆盖会降低海面的风的影响，抑制海浪和 何通过现有观测方案和处理数据方法的探索，为脱
气泡的产生，从而降低环境噪声，但是极区水下环 离北极科考观测和相应数据获取，达到具备长期观
境噪声主要受到冰产生的声音的严重影响，这些声 测能力，提供观测技术和处理方法的支撑，特别是侧
音包括冰山和海冰融化、冰裂、冰山崩解、冰山振动、 重了解提取什么样的参数组，可以刻画北冰洋海洋
移动冰块之间的剪切和摩擦声，且其具有季节性的 环境噪声的特性，需要进一步的研究。此外，如何利
起伏和随机性的突发特性，并且也会受到大气环境 用新获取的数据加以分析，与过去的公开发表的结
的影响。北冰洋海域声学环境背景场特性研究，包 论进行比较，以描述和理解北冰洋水声环境的变化，
括海洋环境背景噪声水平 [1−4] 、组成成分 [5−12] 、环 也是研究重点之一。
境噪声特性 [13−20] 以及传播特性 [21−22] 等，历来是 本文利用 2016 年 8 月中国第七次北极科考队
北极水声研究的热点。在过去的 50 年中，对北冰洋 在北冰洋浮冰站获取的声学观测数据，采用时间序
冰下海洋环境噪声的研究，主要通过被动噪声监测 列分析和统计特性分析方法进行了分析处理，并讨
的方式，或依托于在浮冰群中建立的冰站，在冰层下 论了其与同时期获取的海洋、大气之间的联系。针
一定深度处悬挂水听器，研究特定海洋环境噪声源 对冰下噪声长期监测与实时特性回传，选择了可以
位置与海冰动力学的相关性 [1−4] 以及环境噪声信 用来描述冰下噪声场统计特性的参数组，并给出了
号与其产生的物理过程之间的关系 [5−9] ；或通过在 处理方法和流程，为实现达到北冰洋冰下噪声场长
波弗特海中部署的一系列漂流浮标，提供一个北极 期观测的能力，指导研究设计和硬件选择的目的。
低频声音的长期变化和空间一致性的最完整的记
录 [15] ；或利用座底水听器，研究超低频环境噪声的 1 观测概况
来源以及特性 [22] ，或通过在楚科奇大陆坡上布放自
容式水听器，长期记录水下噪声以观测环境噪声时 1.1 观测区域
域和频域的变化 [23] 。而对北冰洋环境噪声方向性 中国第七次北极科考期间共进行了两次声
分布与冰源噪声的精细关联结构则通过各种复合 学观测实验，其一在长期冰站 LIC01 (82 52 59 N
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阵列来观测 [12−14] 。 159 46 23 W)，位于北极中央冰区，为多年冰：冰层
近年来，由于气候变化，北冰洋正在经历着巨 厚度在 1.0∼1.6 m 之间，冰脊顶部约为 2.0∼2.7 m；
大的变化，最明显的是夏季冰盖的范围和厚度迅速 其二在短期冰站 SIC06 (76 18 61 N 179 35 85 E)，
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减少 [24−25] 以及海洋声波导环境的改变 [26−27] ，以 位于冰缘区，为初年堆积冰：由于风和流的影响，冰
上两点显著改变了北极地区的声学环境，北极的 层堆积、冰脊较多，厚度在 2.0∼2.4 m 之间，冰脊顶
水声环境正经历着环境噪声来源与组成成分的变 部约为 3.0∼4.9 m，试验期间的海冰分布变化卫星
化 [23,28−29] ，由此导致以前大量的测量结果与模型 观测图如图 1 所示，数据来源于不莱梅大学，海洋
需要重新研究 [30−31] 。基于预先编程、自主的声学 预报中心处理 https://seaice.uni-bremen.de/data/
记录器在北极开展被动声学观测的方法，是极地水 amsr2/asi_daygrid_swath/n3125/2016/aug/Arctic
声环境研究的主要手段，未来我国北极环境噪声场 3125/。