关于海洋环境噪声介绍

[拼音]：haiyang huanjing zaosheng

[外文]：ambient noise in the sea

海水的运动、风和大气对海面作用的噪声，厚冰层的移动或融化所产生的噪声，海底地质构造变化引起的低频声波，海中生物体发出的声响等。这些都是海洋本身的噪声，它们限制了声信号在海洋中的传播距离。因此了解海洋环境的噪声，对于解决从噪声干扰背景中检测和分离出有用信号，是十分重要的。

海洋环境噪声源

为海水分子热运动所产生，是 50～200千赫频段范围的噪声的主要组成部分，它的频谱是随频率而增加的上升谱。

主要由海浪、海流、拍岸浪、风、雨滴和海水中小气泡天然空化所产生，它们与海况和风速有明显的关系。谱级主要由风速决定。深海中这部分噪声的频谱为0.5～50千赫，斜率为-5～-6分贝/倍频程。在任何水文气象条件下，都有水动力噪声。

与冰原的移动和振动、冰块的破裂、浮冰群的积成、吹过冰表面的涡旋气流的不平稳性及气温变化等因素有关。此外，冰山离开极地向较暖海面浮动时，还产生冰山融化的噪声。当冰不连成一片，且成碎块状时，在同样的海况下，冰下噪声的功率谱级比无冰时高5～10分贝。

海中能发声的生物有甲壳类、鱼类和海生哺乳类动物（鲸、海豚）。它们发出的声响是多种多样的（见海洋生物发声）。甲壳类中以螯虾为主，它们用螯相互撞击作响。鱼类中能够发声的甚多，如北美的叫鱼，发出叩击般的间断噪声序列；中国黄海和东海的大黄鱼和小黄鱼，发出 500～5000赫的咕咕声；海豚在各种不同的生态发出不同的调频啸声，在寻找目标时发出短促的脉冲声（图1）。

其频谱约为10赫至1千赫。

由地震、海底火山爆发、微地震、大尺度湍流和遥远的风暴所产生，频率为 1～10赫。要用水听器准确测定周围的海洋自然噪声，必须设法消除或尽量减轻所有干扰，如悬挂水听器电缆摇摆振动引起的噪声，水流过水听器表面产生的附加噪声等。为此，广泛采用海底深水宽带水听器阵来测量自然噪声场。

噪声场

海洋不同地区不同季节不同种类的噪声源构成的海洋环境噪声场，特征不同，通常以噪声的功率谱、振幅的空间分布和空间相关性等统计学的参数来表达，其中研究得较多的是平均功率谱。海洋环境噪声的功率谱，是一种连续谱。各类水下噪声源在空间的分布是无规则的，但它们本身都有方向性。海况和气象条件引起的海面状况和水文条件的变化及海底特性不同，都会影响噪声场的指向性。此外，风速和航运量的变化，生物噪声的间歇性，温度和盐度的时空变化，潮汐、昼夜和季节的影响，都会使噪声场呈明显的周期性或随机的变化。由于水下噪声场有指向性，故场的时空相关特性的研究十分重要。图2是在海底设置的水听器阵测得的 0°～90°间的环境噪声指向性图。以频率为 112Hz的噪声为例，在海面风速达蒲氏风级 4级以上时，沿水平方向传播的声压谱级N(0)在-30与-40之间；沿着与水平面成θ角的方向传播的声压谱级N(θ)都小于N(0)。但对于频率为 1414Hz的噪声来说，θ越大，N(θ)越小。由此可知，极远处的低频噪声通过水平路径传播，而高频噪声则大多数从海面传播到接收阵。

大量的实测数据表明，深海的环境噪声谱相当稳定。图3是在深海中不同风速和不同海况下测得的，1赫～100千赫的海洋环境噪声综合数据绘制的典型连续谱。图右下方的虚线，表示海水分子运动的热噪声;曲线族1、2、3、5、8所标的数字表示风级。谱线1和2中的1～20赫范围，很可能是大尺度涡流中的湍流产生的噪声，它们和风速的关系甚小。低于 1赫的谱，可能来自水静压力效应或地球内部的地震骚动。

浅海噪声受水文条件、海底特点、近岸工业设施和鱼类回游的影响，随地区和季节的变化较大。海湾和港口附近的工业设施和潮汐等噪声源，有较强的昼夜和季节性的变化，因此只能粗略地绘出不同海湾、港口和附近地区的环境噪声谱级。尽管如此，从长期的大量取样所获得的环境噪声平均谱，仍然是很有实用价值的。

对于设计和使用声呐设备和水下声学仪器来说，海洋环境噪声是一种干扰源。必须测出不同海区和不同季节的海洋环境噪声场的功率谱特征、指向性及时间与空间的相关特性，并在水听阵和电路设计中采取相应措施，以提高信号噪声比的增益。海洋生物噪声谱是海洋生物研究和海洋捕捞的重要判据。

随着检测和数据处理技术的进展，对环境噪声和接收深度的关系，噪声场的方向性，冰下噪声谱，噪声级瞬时值的统计特性，及对低于10赫甚至 1赫以下的噪声源的探索等方面的研究，都有较大的进展。

参考书目

1. R.J.Urick， Principles of Underwater Sound for Engineers，McGraw-Hill，New York，1975.