[科普中国]-海洋噪声

海洋噪声是水声信道中的一种干扰背景场，是在海洋中由水听器接收到的除自噪声以外的一切噪声，包括生物噪声、地震噪声、雨噪声、人为噪声（航海、工业、钻探等噪声）等。在海洋噪声场中，声波来源广泛，既有自然声源，也有人为声源；不同声源场产生不同频率和声级的噪声，同一频率范围的噪声可能由一个或多个声源产生。

概述海洋噪声是水声信道中的一种干扰背景场，是在海洋中由水听器接收到的除自噪声以外的一切噪声，包括海洋噪声、生物噪声、地震噪声、雨噪声、人为噪声（航海、工业、钻探等噪声）等。在海洋噪声场中，声波来源广泛，既有自然声源，也有人为声源；不同声源场产生不同频率和声级的噪声，同一频率范围的噪声可能由一个或多个声源产生。

近年来，随着人类对海洋的探索，人为的水下噪声正在威胁着许多鱼类及海洋哺乳动物的健康和生殖能力，尤其是一些高强度的噪声会导致海洋动物听觉缺失，甚至死亡。导致水底噪音增加的原因主要包括航运船只、声纳和沿岸建筑施工的增多，以及海上钻井作业和海上风电场的增加等1。

海洋噪声分类极低频噪声深海环境极低频噪声：地球的地壳运动是海洋中极低频噪声的主要来源。有一种很强烈且几乎是连续的震动形式就是微震，其具1/7Hz的准周期性；单次大地震和远处火山爆发等间歇地震动也是深海低频噪声的来源。

除地壳运动外，潮汐、海洋湍流、波浪的海水静压力效应等声源也是水下声场的贡献因子。如反向传播的海面波浪非线性相互作用会产生频率为5～10Hz以下的环境噪声，海洋湍流所产生的声谱在1～20Hz的十倍频程内。湍流是由海洋中或大或小的无规则水流形成，它会使水听器、电缆颤动或作响，其内部压力产生声效应。湍流压力的变化还会辐射到一定距离外，即在湍流以外的海水中产生噪声。

大气声源：大气中发出的声波能够耦合进入水下声场，大气声源的性质和传播特性决定了其对水下声场的贡献限定在极低频频率与超低频频率。其中雷鸣声可产生30Hz以下的极低频声谱，并在10Hz以下能探测其能量。

浅海水下爆破施工：随着人类对近海岸的开发利用，爆破施工成为目前港口工程建设的重要手段之一。进行水下爆破时，爆炸瞬间的声波频率受炸药性质及装药量的轻微影响，频率为4～10Hz；随后受水的摩擦力和黏滞力的影响，冲击波逐渐钝化为声波，频率也会发生改变，变化后卓越频率为10～105Hz1。

超低频、甚低频噪声低频超电磁噪声：目前，海洋环境中出现的超低频电磁噪声多与潜艇相关。潜艇周围的电磁

噪声主要由轴频电场和工频电场在超低频频段内的分量产生，并与潜艇航速有直接关系，但由于保密性，国外公开的文献中并无具体数值可参考。已知对潜艇通信的有效手段主要以甚低频（3～30kHz）和超低频（30～300Hz）通信为主，潜艇进行水下超低频通信时会受到工频噪声的干扰，可推断出潜艇周围的电磁噪声为超低频电磁噪声。

船舶航行与地震勘探：测量结果表明，在船舶航行频繁的海区，在5～500Hz频率范围内，自然噪声谱与船舶的辐射噪声谱极大值相当符合，在此低频内，船舶航行是全球海洋噪声的主要来源。每一艘船都具有独特的声纹，并随船速、船况、船载、船上活动甚至船舶航行通过的水体性质而发生变化，目前已有对某些水面船舶种类的辐射噪声测量数据库，如伦敦Lloyd's注册数据库，它收集了对深海商船辐射噪声的测量数据，可查阅到某些商船的有效声纹信息。但军舰的声纹数据源被列为机密，由美国海军研究署等政府部门持有，不能用于科学研究。

中低频声纳、鱼雷：声纳是使用声能来展示水下物体的物理性质并能定位该物体，其应用范围广泛，适应工程指标和布放策略的变化。目前声纳系统兼备军民应用，分为低频（10kHz）。通常军用声纳具备所有频率范围，而民用声纳限于较高频。

工业和建设活动：从位于海边的电厂到打桩、疏浚、造船、运河水闸结构作业以及港口的日常活动，其类别相当广泛。人们对进入海洋环境中的这种能量（陆基到海岸线水域的结合）耦合了解的很少。许多活动（如冲击式打桩、电厂工作、工业机械运转、疏浚中的机械运动、风力发电等）产生各种声源级和声图案，已有文献给出了对这些声源发出水下声波的测量结果。

除上述外，还有海面粗糙度，大气声源、地质声源与海冰效应，生物发声等超低频、甚低频噪声1。

高频噪声高频声纳：高频军用声纳（10kHz以上）应用于数十至数千米距离的武器和反武器场合，猎雷系统所用的高频声纳从数十千赫的探测到数百千赫的定位，系统使用脉冲信号并且指向性很强。与军用声纳相比，民用声纳一般在更高的频率下工作，其中商用声纳设计用于特殊用途，如测障碍物、测深、探鱼等。根据不同应用，商用声纳一般在中心频率为1～200kHz或更高的窄频带内工作。

热噪声：由分子扰动产生的热噪声是深海自然环境高频噪声的主要噪声源，通过对Wenz谱级图的分析可以得出，热噪声频率在10kHz以上的频谱带上且主要集中在30kHz以上。

生物发声：能进行高频发声的海洋生物大多限于海洋哺乳动物，关于海洋非哺乳动物高频发声的文献报道较少，其中有介绍鳌虾在其聚居地可发出频带为30～200kHz的高频噪声。海洋哺乳动物发出高频声音主要用于回音定位，齿鲸（海豚和齿科鲸）能发出种群特有的咔哒声，峰值能量远高于100kHz，并能发出谐波高达100kHz的哨音。根据录音调查记录显示，斑海豹Phocalargha在空气中能发出40kHz的高频声音，海豚在水下使用频率在200～350kHz以上的超声波进行“回音定位”2。

海洋噪声对海洋动物的影响许多海洋动物依靠敏锐的听觉和复杂的发音系统进行日常活动，如导航、定位、觅食、逃避天敌、个体间交流等，而这些活动必须依赖于声音。Wartzok等的研究表明，海洋动物总体上在10Hz～200kHz范围具备功能性听力，主要分为3种：次声弓头鲸科（功能听力的可能范围在15Hz～20kHz，其中在20Hz～2kHz有良好的灵度）；高频声波物种（在100Hz～100kHz的可变峰值宽带谱）；超声主流物种（灵敏度在200Hz～200kHz，峰值谱在16～120kHz）1。

海洋噪声对野生海洋动物的影响人类进入工业化社会后，海洋噪声的增长主要与商业航运有关。Andrew等综合以往的研究进行分析比较，结果表明，在过去33年时间里，加利福尼亚某地收集的频段噪声数据在20～80Hz，增长约10dB，他们将这种变化归因于商船数量和总吨位的增加。部分商用测深仪和鱼探仪工作在50kHz和200kHz两种频率下，50kHz频率正好在海洋哺乳动物的听力灵敏度范围内，有些鱼探仪在深海和浅海的生物繁殖区工作，将会直接影响到海洋动物。

对个体的影响：暴露在高强度的声音之下可能导致海洋哺乳动物出现暂时性听觉缺失，或暂时性的听觉灵敏度减弱，从而降低其觅食的效率，或阻碍彼此间的沟通。声级足够高时，会导致海洋哺乳动物听力永久性缺失，或听力的灵敏度永久减弱。曾经在地中海、巴哈马新普罗维登斯海峡发生的大规模喙鲸Hyperoodontidae搁浅事件，在时空上与正在进行的军事演习所使用的声纳有关联，被怀疑是喙鲸听力损伤所致。

对群体的影响：如果海洋动物无法忍受噪声的滋扰，将完全改变其活动范围。如环境噪声会使它们集体迁移，放弃重要栖息地，从而影响正常的生态系统。噪音干扰的增加还会造成部分海洋哺乳动物的大规模搁浅等。通常情况下，受到影响的海洋动物将被迫调整其活动范围，一些群体的活动空间将受到限制或压缩。如动物在休息时比参加集群活动时更容易受到噪声干扰，处于休息状态的海豚往往回避船舶，觅食中的海豚不理睬船舶，参加集群活动的海豚可能会靠近船舶。声音屏蔽使动物无法侦查到猎物或动物合作狩猎时不能有效沟通，觅食就会受到影响，从而影响群体的生存。

工程爆破对水产养殖动物的影响近年来，人类在近海岸进行的各种建设施工活动影响了附近海域水产养殖业发展及野生海洋动物的生存环境。工程爆破作为港口工程建设的重要手段且由于爆破点多在近海岸或水下，对附近水产养殖业和水下生态环境的影响最大。

爆炸物爆炸时，会在瞬间变成高温高压的气体，随后产生强大的冲击波。这种冲击波会使周围产生瞬时的高压，并以波动的形式向外传播，对波及到的生物产生影响。在水中爆炸时，冲击波最容易损伤的是鱼类的膘，除此之外，还有鱼类的肝、脾、肾等内部器官。当鱼离爆炸源比较近时，除了对鱼类的内部器官造成损害以外，对鱼的身体外部也会造成损伤。研究表明，鱼卵只有在距离爆破点20m以外时，爆破产生的冲击波才不会对鱼卵有明显的伤害1。

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学