[科普中國(guó)]-海洋噪聲

海洋噪聲是水聲信道中的一種干擾背景場(chǎng)，是在海洋中由水聽(tīng)器接收到的除自噪聲以外的一切噪聲，包括生物噪聲、地震噪聲、雨噪聲、人為噪聲（航海、工業(yè)、鉆探等噪聲）等。在海洋噪聲場(chǎng)中，聲波來(lái)源廣泛，既有自然聲源，也有人為聲源；不同聲源場(chǎng)產(chǎn)生不同頻率和聲級(jí)的噪聲，同一頻率范圍的噪聲可能由一個(gè)或多個(gè)聲源產(chǎn)生。

概述海洋噪聲是水聲信道中的一種干擾背景場(chǎng)，是在海洋中由水聽(tīng)器接收到的除自噪聲以外的一切噪聲，包括海洋噪聲、生物噪聲、地震噪聲、雨噪聲、人為噪聲（航海、工業(yè)、鉆探等噪聲）等。在海洋噪聲場(chǎng)中，聲波來(lái)源廣泛，既有自然聲源，也有人為聲源；不同聲源場(chǎng)產(chǎn)生不同頻率和聲級(jí)的噪聲，同一頻率范圍的噪聲可能由一個(gè)或多個(gè)聲源產(chǎn)生。

近年來(lái)，隨著人類對(duì)海洋的探索，人為的水下噪聲正在威脅著許多魚(yú)類及海洋哺乳動(dòng)物的健康和生殖能力，尤其是一些高強(qiáng)度的噪聲會(huì)導(dǎo)致海洋動(dòng)物聽(tīng)覺(jué)缺失，甚至死亡。導(dǎo)致水底噪音增加的原因主要包括航運(yùn)船只、聲納和沿岸建筑施工的增多，以及海上鉆井作業(yè)和海上風(fēng)電場(chǎng)的增加等1。

海洋噪聲分類極低頻噪聲深海環(huán)境極低頻噪聲：地球的地殼運(yùn)動(dòng)是海洋中極低頻噪聲的主要來(lái)源。有一種很強(qiáng)烈且?guī)缀跏沁B續(xù)的震動(dòng)形式就是微震，其具1/7Hz的準(zhǔn)周期性；單次大地震和遠(yuǎn)處火山爆發(fā)等間歇地震動(dòng)也是深海低頻噪聲的來(lái)源。

除地殼運(yùn)動(dòng)外，潮汐、海洋湍流、波浪的海水靜壓力效應(yīng)等聲源也是水下聲場(chǎng)的貢獻(xiàn)因子。如反向傳播的海面波浪非線性相互作用會(huì)產(chǎn)生頻率為5～10Hz以下的環(huán)境噪聲，海洋湍流所產(chǎn)生的聲譜在1～20Hz的十倍頻程內(nèi)。湍流是由海洋中或大或小的無(wú)規(guī)則水流形成，它會(huì)使水聽(tīng)器、電纜顫動(dòng)或作響，其內(nèi)部壓力產(chǎn)生聲效應(yīng)。湍流壓力的變化還會(huì)輻射到一定距離外，即在湍流以外的海水中產(chǎn)生噪聲。

大氣聲源：大氣中發(fā)出的聲波能夠耦合進(jìn)入水下聲場(chǎng)，大氣聲源的性質(zhì)和傳播特性決定了其對(duì)水下聲場(chǎng)的貢獻(xiàn)限定在極低頻頻率與超低頻頻率。其中雷鳴聲可產(chǎn)生30Hz以下的極低頻聲譜，并在10Hz以下能探測(cè)其能量。

淺海水下爆破施工：隨著人類對(duì)近海岸的開(kāi)發(fā)利用，爆破施工成為目前港口工程建設(shè)的重要手段之一。進(jìn)行水下爆破時(shí)，爆炸瞬間的聲波頻率受炸藥性質(zhì)及裝藥量的輕微影響，頻率為4～10Hz；隨后受水的摩擦力和黏滯力的影響，沖擊波逐漸鈍化為聲波，頻率也會(huì)發(fā)生改變，變化后卓越頻率為10～105Hz1。

超低頻、甚低頻噪聲低頻超電磁噪聲：目前，海洋環(huán)境中出現(xiàn)的超低頻電磁噪聲多與潛艇相關(guān)。潛艇周圍的電磁

噪聲主要由軸頻電場(chǎng)和工頻電場(chǎng)在超低頻頻段內(nèi)的分量產(chǎn)生，并與潛艇航速有直接關(guān)系，但由于保密性，國(guó)外公開(kāi)的文獻(xiàn)中并無(wú)具體數(shù)值可參考。已知對(duì)潛艇通信的有效手段主要以甚低頻（3～30kHz）和超低頻（30～300Hz）通信為主，潛艇進(jìn)行水下超低頻通信時(shí)會(huì)受到工頻噪聲的干擾，可推斷出潛艇周圍的電磁噪聲為超低頻電磁噪聲。

船舶航行與地震勘探：測(cè)量結(jié)果表明，在船舶航行頻繁的海區(qū)，在5～500Hz頻率范圍內(nèi)，自然噪聲譜與船舶的輻射噪聲譜極大值相當(dāng)符合，在此低頻內(nèi)，船舶航行是全球海洋噪聲的主要來(lái)源。每一艘船都具有獨(dú)特的聲紋，并隨船速、船況、船載、船上活動(dòng)甚至船舶航行通過(guò)的水體性質(zhì)而發(fā)生變化，目前已有對(duì)某些水面船舶種類的輻射噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)，如倫敦Lloyd's注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，它收集了對(duì)深海商船輻射噪聲的測(cè)量數(shù)據(jù)，可查閱到某些商船的有效聲紋信息。但軍艦的聲紋數(shù)據(jù)源被列為機(jī)密，由美國(guó)海軍研究署等政府部門持有，不能用于科學(xué)研究。

中低頻聲納、魚(yú)雷：聲納是使用聲能來(lái)展示水下物體的物理性質(zhì)并能定位該物體，其應(yīng)用范圍廣泛，適應(yīng)工程指標(biāo)和布放策略的變化。目前聲納系統(tǒng)兼?zhèn)滠娒駪?yīng)用，分為低頻（10kHz）。通常軍用聲納具備所有頻率范圍，而民用聲納限于較高頻。

工業(yè)和建設(shè)活動(dòng)：從位于海邊的電廠到打樁、疏浚、造船、運(yùn)河水閘結(jié)構(gòu)作業(yè)以及港口的日常活動(dòng)，其類別相當(dāng)廣泛。人們對(duì)進(jìn)入海洋環(huán)境中的這種能量（陸基到海岸線水域的結(jié)合）耦合了解的很少。許多活動(dòng)（如沖擊式打樁、電廠工作、工業(yè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、疏浚中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、風(fēng)力發(fā)電等）產(chǎn)生各種聲源級(jí)和聲圖案，已有文獻(xiàn)給出了對(duì)這些聲源發(fā)出水下聲波的測(cè)量結(jié)果。

除上述外，還有海面粗糙度，大氣聲源、地質(zhì)聲源與海冰效應(yīng)，生物發(fā)聲等超低頻、甚低頻噪聲1。

高頻噪聲高頻聲納：高頻軍用聲納（10kHz以上）應(yīng)用于數(shù)十至數(shù)千米距離的武器和反武器場(chǎng)合，獵雷系統(tǒng)所用的高頻聲納從數(shù)十千赫的探測(cè)到數(shù)百千赫的定位，系統(tǒng)使用脈沖信號(hào)并且指向性很強(qiáng)。與軍用聲納相比，民用聲納一般在更高的頻率下工作，其中商用聲納設(shè)計(jì)用于特殊用途，如測(cè)障礙物、測(cè)深、探魚(yú)等。根據(jù)不同應(yīng)用，商用聲納一般在中心頻率為1～200kHz或更高的窄頻帶內(nèi)工作。

熱噪聲：由分子擾動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲是深海自然環(huán)境高頻噪聲的主要噪聲源，通過(guò)對(duì)Wenz譜級(jí)圖的分析可以得出，熱噪聲頻率在10kHz以上的頻譜帶上且主要集中在30kHz以上。

生物發(fā)聲：能進(jìn)行高頻發(fā)聲的海洋生物大多限于海洋哺乳動(dòng)物，關(guān)于海洋非哺乳動(dòng)物高頻發(fā)聲的文獻(xiàn)報(bào)道較少，其中有介紹鰲蝦在其聚居地可發(fā)出頻帶為30～200kHz的高頻噪聲。海洋哺乳動(dòng)物發(fā)出高頻聲音主要用于回音定位，齒鯨（海豚和齒科鯨）能發(fā)出種群特有的咔噠聲，峰值能量遠(yuǎn)高于100kHz，并能發(fā)出諧波高達(dá)100kHz的哨音。根據(jù)錄音調(diào)查記錄顯示，斑海豹Phocalargha在空氣中能發(fā)出40kHz的高頻聲音，海豚在水下使用頻率在200～350kHz以上的超聲波進(jìn)行“回音定位”2。

海洋噪聲對(duì)海洋動(dòng)物的影響許多海洋動(dòng)物依靠敏銳的聽(tīng)覺(jué)和復(fù)雜的發(fā)音系統(tǒng)進(jìn)行日?；顒?dòng)，如導(dǎo)航、定位、覓食、逃避天敵、個(gè)體間交流等，而這些活動(dòng)必須依賴于聲音。Wartzok等的研究表明，海洋動(dòng)物總體上在10Hz～200kHz范圍具備功能性聽(tīng)力，主要分為3種：次聲弓頭鯨科（功能聽(tīng)力的可能范圍在15Hz～20kHz，其中在20Hz～2kHz有良好的靈度）；高頻聲波物種（在100Hz～100kHz的可變峰值寬帶譜）；超聲主流物種（靈敏度在200Hz～200kHz，峰值譜在16～120kHz）1。

海洋噪聲對(duì)野生海洋動(dòng)物的影響人類進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)后，海洋噪聲的增長(zhǎng)主要與商業(yè)航運(yùn)有關(guān)。Andrew等綜合以往的研究進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明，在過(guò)去33年時(shí)間里，加利福尼亞某地收集的頻段噪聲數(shù)據(jù)在20～80Hz，增長(zhǎng)約10dB，他們將這種變化歸因于商船數(shù)量和總噸位的增加。部分商用測(cè)深儀和魚(yú)探儀工作在50kHz和200kHz兩種頻率下，50kHz頻率正好在海洋哺乳動(dòng)物的聽(tīng)力靈敏度范圍內(nèi)，有些魚(yú)探儀在深海和淺海的生物繁殖區(qū)工作，將會(huì)直接影響到海洋動(dòng)物。

對(duì)個(gè)體的影響：暴露在高強(qiáng)度的聲音之下可能導(dǎo)致海洋哺乳動(dòng)物出現(xiàn)暫時(shí)性聽(tīng)覺(jué)缺失，或暫時(shí)性的聽(tīng)覺(jué)靈敏度減弱，從而降低其覓食的效率，或阻礙彼此間的溝通。聲級(jí)足夠高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致海洋哺乳動(dòng)物聽(tīng)力永久性缺失，或聽(tīng)力的靈敏度永久減弱。曾經(jīng)在地中海、巴哈馬新普羅維登斯海峽發(fā)生的大規(guī)模喙鯨Hyperoodontidae擱淺事件，在時(shí)空上與正在進(jìn)行的軍事演習(xí)所使用的聲納有關(guān)聯(lián)，被懷疑是喙鯨聽(tīng)力損傷所致。

對(duì)群體的影響：如果海洋動(dòng)物無(wú)法忍受噪聲的滋擾，將完全改變其活動(dòng)范圍。如環(huán)境噪聲會(huì)使它們集體遷移，放棄重要棲息地，從而影響正常的生態(tài)系統(tǒng)。噪音干擾的增加還會(huì)造成部分海洋哺乳動(dòng)物的大規(guī)模擱淺等。通常情況下，受到影響的海洋動(dòng)物將被迫調(diào)整其活動(dòng)范圍，一些群體的活動(dòng)空間將受到限制或壓縮。如動(dòng)物在休息時(shí)比參加集群活動(dòng)時(shí)更容易受到噪聲干擾，處于休息狀態(tài)的海豚往往回避船舶，覓食中的海豚不理睬船舶，參加集群活動(dòng)的海豚可能會(huì)靠近船舶。聲音屏蔽使動(dòng)物無(wú)法偵查到獵物或動(dòng)物合作狩獵時(shí)不能有效溝通，覓食就會(huì)受到影響，從而影響群體的生存。

工程爆破對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的影響近年來(lái)，人類在近海岸進(jìn)行的各種建設(shè)施工活動(dòng)影響了附近海域水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展及野生海洋動(dòng)物的生存環(huán)境。工程爆破作為港口工程建設(shè)的重要手段且由于爆破點(diǎn)多在近海岸或水下，對(duì)附近水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和水下生態(tài)環(huán)境的影響最大。

爆炸物爆炸時(shí)，會(huì)在瞬間變成高溫高壓的氣體，隨后產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波。這種沖擊波會(huì)使周圍產(chǎn)生瞬時(shí)的高壓，并以波動(dòng)的形式向外傳播，對(duì)波及到的生物產(chǎn)生影響。在水中爆炸時(shí)，沖擊波最容易損傷的是魚(yú)類的膘，除此之外，還有魚(yú)類的肝、脾、腎等內(nèi)部器官。當(dāng)魚(yú)離爆炸源比較近時(shí)，除了對(duì)魚(yú)類的內(nèi)部器官造成損害以外，對(duì)魚(yú)的身體外部也會(huì)造成損傷。研究表明，魚(yú)卵只有在距離爆破點(diǎn)20m以外時(shí)，爆破產(chǎn)生的沖擊波才不會(huì)對(duì)魚(yú)卵有明顯的傷害1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

屈明 - 副研究員 - 西南大學(xué)