大型水母声学观测与评估技术研究进展

20世纪末以来,世界多个海域频繁出现大型水母暴发现象,对海洋生态系统、海洋渔业、沿海工业和滨海旅游业带来了巨大的灾难。为了研究大型水母生态习性,进而揭示其暴发机理并进行灾害的预警防治,近些年来国内外学者开展了大量的采用网具、目视、水下摄像、声学技术、航空影像等多种手段的大型水母监测调查工作,其中使用声学技术对大型水母进行资源评估和行为跟踪目前在欧美、日本、韩国等渔业发达国家已经开展了相关应用,在资源评估、运动学规律等研究中展现出较好的观测效果和应用潜力。目前我国在大型水母声学观测研究应用领域鲜有文献报道,通过介绍国际上利用声学技术对大型水母进行资源调查与评估、空间分布监测、运动规律等研究成果,为今后我国开展大型水母声学调查研究提供理论基础和科学依据。通过本文的分析,建议可以借鉴国际上采用科学鱼探仪、高分辨率成像声呐、声学信标等方法对大型水母进行监测调查和资源评估的研究成果,结合实际情况将声学技术逐步研究并应用到我国大型水母资源调查与评估、自然生态习性研究、重点水域大型水母动态监测预警中去,完善我国大型水母监测调查体系。

悬浮泥沙声学观测的原理分析

从导出声呐方程式出发对悬浮泥沙声学观测方法的原理和系统设计问题进行了分析，得到了系统主要技术参数（如最佳工作频率、声发射功率和收发换能器孔径等）的计算公式，并着重讨论了时变随机过程的数据处理、声传播损失补偿及泥沙浓度现场标定等关键技术问题。本文分析的结果为利用声散射原理观测的声学系统（如声学悬浮泥沙浓度剖面仪和声学多普勒海流剖面仪）的研制和应用提供了依据。

高浓度悬浮泥沙的声学观测

在分析高浓度悬浮泥沙的声衰减机理和进行实验研究的基础上,研制了两种型号的超声波观测仪器(UBD-500/1500超声重度计)用于悬浮泥沙浓度剖面的连续和实时观测,并且已经在长江口航道的浮泥探测、黄河小浪底水库的泥沙观测中得到应用.讨论了测量原理和仪器的设计、标定等问题.这种基于声衰减测量原理的观测仪器的主要优点是标定简便和稳定,含沙量观测范围为10～800kg/m3,标定后的测量误差可达±5%(F S ).

e-Science(科研信息化)在海洋声学观测领域的应用研究

通过研究e-Science(科研信息化)的最新发展,分析e-Science的主要构成,提出在海洋声学观测领域对e-Science的迫切需求,并研究e-Science在海洋声学观测领域建设的主要问题,为促进e-Science在海洋声学观测领域的发展提供建议和参考。

声学悬浮泥沙观测数据现场定标研究

用声学设备探测水体中悬浮泥沙浓度及其变化的关键问题是对观测数据进行标定。通过分析在长江口海域现场观测得到的声学后向散射强度数据和水样泥沙实测值，提出了三种将声学观测数据转换为泥沙浓度的现场标定方法。结果表明，采用特征时刻标定所得数据与实际值相比离散性较小，统计误差约为２０％。该方法比同步采水标定更为简便实用。

声学悬浮泥沙观测系统的研制和应用

为观测水中悬浮泥沙的浓度剖面、监测水中污染物及研究近岸海区泥沙的迁移和沉积，研制了声学悬浮泥沙观测系统（ＡＳＳＭ）．总结了设计时主要技术参数的确定及解决关键技术的方法。应用此系统观测长江口悬浮泥沙，得到典型悬浮泥沙浓度剖面。

基于水下滑翔机的海洋声学背景场观测技术

水下滑翔机作为新型水下无人平台,具有对海洋环境噪声进行长时序,大范围稳定观测能力。文中通过开展水听器与水下滑翔机集成应用研究,设计完成了具备海洋环境噪声测量能力的声学观测型水下滑翔机。基于水听器工作原理与水下滑翔机运动约束,并根据商用计算流体力学软件对流体水动力参数的计算结果,优化了水听器在水下滑翔机本体的安装位置。通过建立声学观测型水下滑翔机动力学模型,进行了运动仿真并确定最优运动参数,并于2019年5月在我国南海某海域进行了海上试验应用,获取了大量的水下滑翔机自噪声与海洋环境噪声数据。海上试验数据分析结果验证了声学观测型水下滑翔机的运动稳定性及其海洋声学背景场的观测能力。

长江口泥沙输移扩散与沉降过程高分辨率声学现场观测

河口悬沙属性的现场观测对于泥沙输移和沉积过程研究具有重要的意义,现场超声探测较其他观测技术和方法具有较大的优势.本文应用ASSM-Ⅱ型声学悬浮泥沙观测系统对长江口悬沙输移扩散进行高分辨率观测,洪季涨潮期现场观测发现:①在潮流和颗粒重力共同作用下,抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程;②抛泥泥沙输移扩散存在2种基本的模式,即表层低密度羽状流和底层高密度羽状流.在正常天气涨潮流作用下,泥沙沉降可形成二级泥跃层,平流输送和沿程密度差产生的压力梯度形成底层高密度羽状流,它是泥沙输移扩散的主要方式.

甲烷羽状流水体声学探测及气体运移通量测算

探测海底天气渗漏活动形成的甲烷羽状流,研究其基本特征和分布,具有重要的资源和环境效益。目前对于海底甲烷羽状流的声学探测主要以船载单波束和分裂波束声呐系统为主,而多波束声呐系统的声学图像分辨率较高,覆盖宽度较大,具有良好的应用前景。对于单个或少量甲烷羽状流气体运移通量的测算,多采用声学原位观测,即通过ROV携带声呐探头或在海底固定安装特定声呐系统的方式实现。对于某一海域海底天然气渗漏总量的测算,多采用走航式声学遥感观测,其核心是建立由甲烷羽状流体积反向散射强度反演其气体运移通量的模型。

长江河口北槽抛泥作业状态下的悬沙浓度分布与扩散过程

在长江河口北槽抛泥过程中 ,应用ASSM Ⅰ型声学悬浮泥沙观测系统观测悬沙浓度的时空分布规律 ,结合多普勒流速剖面仪走航式断面流速测量。研究发现 :( 1 )泥沙浓度垂向分布形成至少三种结构类型 ,即上小下大的“L”型和指数型 ,上大下小的“漂浮”型 ;( 2 )受抛泥泥沙输移的影响 ,断面流场形成低流速区 ,或分布在水体表、中层 ,或贯穿整个水体 ,形成流速切变锋 ,它们的强度随抛泥泥沙输移扩散逐渐减弱 ;( 3)在落潮流和颗粒重力共同作用下 ,抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程。小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降 。

浅海角度-时间灵敏度核特性研究

灵敏度核是声学观测量扰动与声速扰动之间的关系量,为探究浅海声波导中声场的扰动位置对声波到达时间、到达角度等声学观测量的影响程度,用格林函数一阶玻恩近似结合双波束形成的阵处理方法,推导得到角度-时间灵敏度核。对选取的本征声线进行研究,相关结果表明角度-时间灵敏度核包含了更多的空间属性,弥补了传统灵敏度核在声场扰动位置判断上的不足,为灵敏度核在海洋观测中实验站点布设优化及海洋环境参数反演等方面的应用提供了有力支撑。