知识窗▏水下辐射噪声的分类与测量技术

历史上，人们常常认为污染是工业生产、交通运输、农业活动、生活排放等引起自然环境中的空气、水或土壤中混入了对人类或其它生物有害的物质。直到近几年，人们才逐渐认识到水中辐射噪声（URN）对于海洋环境来说也是一种污染源。

水下辐射噪声是指在水下环境中产生并通过水介质传播的声音能量，通常表现为无规律或干扰性的声波振动。这些声波振动会导致海洋生物听力损伤、行为改变以及生理应激等问题，打乱它们原有的生活节律，长期积累下来会对整个海洋生物种群产生负面影响。

虽然全球变暖、海洋酸化和污染、过度捕捞、外来物种入侵、栖息地破坏等威胁相互作用，加剧了海洋生态系统的脆弱性，但国际社会有识人士担心，水下辐射噪声可能会成为压死海洋濒危物种的最后一根稻草。

2021年6月～10月，我国福建和浙江沿海接连发生7次包括瓜头鲸、糙齿海豚、瓶鼻海豚和布氏鲸在内的47头群发性鲸豚搁浅事件。中国科学院水生生物研究所对该事件开展调查研究，结果表明水下辐射噪声导致鲸豚类听觉损伤是引发此类事件的重要原因之一。水下辐射噪声不仅是海洋生物面临的直接威胁，也是海洋生态系统健康的重要隐患。

水下辐射噪声是指在水下环境中产生的各种声音信号，其来源和频率范围广泛，从极低频的次声波（如地震产生的噪声）到高频的生物叫声或机械噪声，其强度和特性因来源不同而有所差异。根据不同的来源，水下噪声可分为自然水下噪声和人为水下噪声两大类。

⒈海水热噪声：由海水分子热运动产生，主要存在于50～200千赫频段，是海洋背景噪声的重要组成部分。

⒉水动力噪声：海浪的拍打、海流的涌动以及海浪与海岸、海底的相互作用会产生持续的噪声以及与海况和风速密切相关的风浪、雨水、海水中小气泡天然空化等现象产生的噪音，频谱范围通常为0.5～50千赫。另外，海洋中的水流存在湍流现象，湍流产生的不规则流动和压力变化会引发噪声，尤其在洋流交汇处或海底地形复杂的区域更为明显。

⒊冰下噪声：在极地高寒海区，大冰层的移动、振动、冰块破裂、浮冰堆积以及冰山融化等过程会产生噪声，功率谱级比无冰时高5～10分贝。

⒋生物噪声：许多海洋生物会通过发出的叫声、咕咕声或脉冲声（频率范围从几百赫兹到数千赫兹不等）进行交流、求偶、导航或捕食等活动，如鲸鱼、海豚等哺乳动物会发出低频的叫声，鱼类也会发出各种声音来吸引配偶或警示同类。

⒌海底地质活动：海底地震、火山喷发、海底滑坡等地质活动会释放巨大的能量，产生强烈的噪声，这些噪声可以在海洋中传播很远的距离。

以上这些自然噪声是人类暂时无法控制的。

人类进行航运交通、石油和天然气勘探、军事活动以及建筑工程等活动，在开发利用海洋资源的同时，也给海洋环境带来了水下噪音污染。

⒈船舶噪声：船舶水下噪声是指船舶发动机、船载机电设备、螺旋桨转动、船体振动、船体与水流摩擦等产生并传播到水中的噪声，是人为水下噪声的主要来源。其中，螺旋桨空化（即螺旋桨旋转时产生的气泡内爆）是船舶噪声的重要来源，其低频噪声可以在海洋中传播数百公里。

⒉声呐噪声：军事、民用和科研活动中使用的声呐设备发射的声波信号，用于探测、定位和通信，其噪声强度较大，对海洋生物和水下环境影响显著。尤其是主动声呐，通过发射高强度的声波信号来探测水下目标，这些声波在传播过程中会产生噪声，可能干扰海洋生物的正常活动。

⒊水下工程施工噪声：如海底隧道建设、石油勘探、天然气开采、海上风电场施工、海底电缆铺设等工程作业过程中，勘测、钻探、打桩、挖掘、建设、运营、退役等操作会产生具有较强冲击性和低频特性的噪声，对周边海洋环境造成影响。

⒋爆炸噪声：水下爆炸作业（如军事训练、工程爆破等）产生的瞬间高强度噪声，会对周围环境和生物造成严重危害。

⒌航空器低空飞行：低空飞行的飞行器产生的噪声可以通过空气与水的界面传播到水中，尤其在沿海地区或靠近水面的飞行活动中，这种噪声可能会对水下生物产生一定影响。

⒍地震勘探：对地震勘探中使用的气枪设备向海底发射强大的声波，气枪爆破产生的低频噪声强度极高，可传播数千公里，对海洋生物的生存和繁殖构成威胁。

21世纪以来,商用船舶水下噪声问题逐步受到国际国内科研机构的重视，作为现代隐声技术发展的一个至关重要标志的水下噪声测量技术和试验手段也开始在民用商船试验中发挥作用，并正在向高效率、高精度、复杂化、固定化方向发展。常见的测量方法和技术包括：

⒈水听器测量法

水听器是水下噪声测量的核心设备，它将水中的声压信号转换为电信号，通过连接的记录和分析设备进行处理。不同类型的水听器适用于不同频率范围和测量场景。该方法广泛用于船舶辐射噪声测量、海洋环境噪声监测、水下目标探测等领域。例如，将船体振动分析、水下噪声测量和水听器相结合，建立船体振动和发射噪声之间的定量相关性。

⒉声学浮标测量法

声学浮标是一种可漂浮或定深的水下平台，集成水听器和数据记录设备。浮标可在不同深度和位置进行长期观测，通过无线通信或回收数据存储设备获取测量结果。该方法适用于海洋环境噪声的长期监测、大范围海域噪声分布研究，以及对移动目标的跟踪测量。例如，多剖面浮标可实现不同深度的噪声测量，用于分析噪声随深度的变化规律。

⒊船舶拖拽测量法

将水听器或测量设备安装在拖曳体上，由船舶拖拽至目标测量区域。通过控制船舶航速和拖曳深度，实现对特定海域或目标的噪声测量。该方法常用于浅海区域的噪声测量、船舶自身辐射噪声的校准测量，以及对水下目标的近距离探测。例如，在船舶建造或维修后，可通过拖拽测量验证降噪效果。

⒋基于声呐系统的测量法

利用主动声呐或被动声呐系统，发射或接收声波信号，通过分析信号的传播特性、反射特征等，获取水下噪声的信息。主动声呐可测量噪声源的距离、方向和强度，被动声呐主要用于监测目标的辐射噪声。该方法广泛应用于水下目标探测、海洋环境噪声成像、水下地形测绘等领域。例如，被动声呐可监听船舶、潜艇等目标的辐射噪声，实现隐蔽探测。

水下辐射噪声不仅影响海洋生物的生存、繁衍和行为，还对水下通信、探测、导航等人类活动构成干扰。因此，在海洋科学研究、水下通信、海洋生物保护等领域，水下辐射噪声的监测、分析和限制具有重要意义。

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