南海某海域海洋环境噪声谱级风关特性分析

为探索南海某区域海洋环境噪声谱级与风场的相关特性,结合潜标海洋环境噪声数据及对应海域的海面风场再分析数据,计算各频段噪声级与风速相关系数及线性拟合函数。分析结果表明:400～1 000 Hz频段,海洋环境噪声谱级与海面风速的相关系数在0.5～0.8之间,达到中等相关。1 000～5 000 Hz频段,两者互相关系数大于0.8,达到高度相关。对海洋环境噪声谱级与对数风速的回归分析结果显示,1000～5 000 Hz频段,两者的线性函数关系显著;并且在1 000 Hz附近的拟合斜率最大,海洋环境噪声谱级对海面风速变化的灵敏度最高。     

基于潜标测量的海洋环境噪声谱特性分析

利用海洋环境噪声测量潜标系统对南海典型海域开展了为期3个月的海洋环境噪声测量,16通道海洋环境噪声测量系统每小时测量两分钟噪声信号。数据处理结果表明,800~5 000Hz范围内,噪声谱与风速相关性最好,且风速越大相关性越好,噪声谱与风速的相关性好于与浪高的相关性。风关噪声谱级在海水中部基本不随接收深度发生变化,但由于测量水听器阵长度未能覆盖整个水深,因此未给出海面和海底处谱级变化规律。在400Hz以上的高频段整个风速范围内噪声谱级都随风速发生变化,且噪声谱级与对数风速具有很好的线性关系。     

星载微波散射计海面风场与海洋环境噪声的相关特性分析

根据海洋环境噪声机理及风关噪声已有的研究成果,提出利用星载微波散射计反演的海面风场数据进行海洋环境噪声分析,并对HY-2A和ASCAT数据与噪声谱级的相关性进行了对比分析。选取南海海域作为研究区,利用潜标测量系统获取的噪声数据和多源散射计风场数据开展了相关实验,并采用NCEP海面风场数据进行对比分析。结果表明,ASCAT数据与噪声的相关性优于HY-2A,散射计数据优于NCEP数据,散射计风场更适合海洋环境噪声的分析研究。该研究内容拓展了微波散射计风场数据的应用领域,并为海洋环境噪声研究提供了更好的技术手段。     

实测海洋环境噪声数据谱级特性研究

通过对噪声测量潜标系统测得的94 d海洋环境噪声数据及相应的气象数据进行联合时频、相关性、统计特性分析,得到试验海区风速、降雨等自然现象与噪声谱级之间的关系。分析结果表明,海洋环境噪声谱级与风速变化在低频段相关性较低,高频段相关性较高,同时1 k Hz以上频段谱级值分布接近呈正态分布;降雨对环境噪声的影响主要分布在500 Hz以上频段。     

海洋环境噪声垂直分布测试和分析

采用船舷法对某海域海洋环境噪声垂直分布进行了测量.数据处理与分析结果表明,在6种接收深度下,当地的海面风生破碎波浪噪声对环境噪声有显著贡献.给出了所测海域环境噪声在0.1～20.0kHz频段的宽带声级和接收深度以及多种频率谱级与风速的对数之间的关系.1.0～4.0kHz频段的谱级与风速的对数呈良好的线性关系,且基本上不受接收深度的影响.     

黄海北部海洋环境噪声特点及其与风速的依赖关系

本文研究了六昼夜连续观测到的黄海北部水下环境噪声的一些地域特殊性.这主要表现在噪声谱级具有较强烈的,并且各频率谱级之间存在的同期相似起伏的时变性.再者就是噪声谱级依赖于风速关系比较复杂.例如在中等风速范围(16-30节)内,谱级随风速增长的变化会出现“V”字形特征.本文提出一个改进了的数学模型,推广了Piggott(1964)和Crouch等(1972)的结果.用此改进了的模型能较好地描述噪声所表现的诸如“V”字形的特殊状态.     

嵌入式风关海洋环境噪声反演系统的研究

设计开发了一种基于DSP(D ig ita l S igna l P rocessor)的超低功耗风关噪声嵌入式反演平台。在分析浅海风关噪声特性的基础上对水声传感器采集的风关噪声信号放大滤波和A/D转换,并在DSP上实时进行反演运算,运算结果和原始采集数据用硬盘进行大容量存储。反演系统在中国南海海域进行了实验,系统稳定工作时间超过100 d,数据采集完整,反演结果基本反映实际情况。     

船舶噪声对浅海海洋环境噪声空间相关的影响

通过对2001年亚洲海国际声学实验(ASIAEX)得到的海洋环境噪声数据进行处理,计算了噪声场空间相关系数、功率谱密度和垂直指向性,分别研究了受到远距离和近距离船舶辐射噪声影响的海洋环境噪声空间相关性.结果表明:船舶距离较远(10 km)时其辐射噪声会导致500 Hz以下的海洋环境噪声的空间相关性提高,而对500 Hz以上噪声的空间相关性没有影响;船舶距离较近(≤10 km)时,船舶辐射噪声会导致500 Hz以下的海洋环境噪声相关系数振荡变化,噪声空间相关性曲线在噪声信号声程差相差四分之一波长时出现第一个零点,对500 Hz以上的海洋环境噪声则会引起噪声能量升高,噪声的空间相关性也相对提高.基于现有理论,分别讨论了远距离船舶和近距离船舶产生的噪声场声学特性,对两种噪声场的海洋环境噪声空间相关性进行了合理的解释.     

东沙海域海洋环境噪声特性分析及其与风速的相关性研究

本研究利用亚洲海国际实验南海区所获取的海洋环境噪声数据,研究了2001年5月3日0时至5月17日0时海洋环境噪声的时频特性.实验期间有热带风暴西马仑经过,导致海面风速和风生海洋环境噪声随西马仑的逼近和远离出现了显著的升降.以1 250 Hz的海洋环境噪声为例,海洋环境噪声级在这一期间内有一个明显的升高、稳定和缓慢下降的过程.结合再分析风速数据研究海洋环境噪声级与风速的相关性,结果表明,在较高频1 250 Hz处,海洋环境噪声级与风速的互相关系数r为0.50;在较低频50~400 Hz处,两者的互相关系数r在-0.20~0.20之间.此外,本研究利用噪声级与对数风速之间的线性关系式,将海洋环境噪声级与实验过程中海面风速数据做回归分析,确定拟合系数,将此系数用于反演估计海面风速,反演误差在5%~20%之间.     

基于AR模型的海洋环境噪声仿真预测研究

文章主要介绍了AR模型及其参数确定的基本方法。应用Matlab仿真软件,对海洋环境噪声信号的时间序列进行仿真分析,并对预测值与真实值进行比较。结果表明,应用AR模型预测得到的环境噪声信号很好地逼近了实测值,预测的功率谱也具有较高的精度,模拟的结果较好,为海洋环境噪声的预报提供了一种简单可行的模式。     

Sequential Filtering for Surface Wind Speed Estimation from Ambient Noise Measurement

Many research results show that ocean ambient noise and wind speed are highly relevant, and the surface wind speed can be effectively inverted using ocean noise data. In most deep-sea cases, the ambient noise of medium frequency is mainly determined by the surface wind, and there is a conventional relationship between them. This paper gives an equation which shows this relationship firstly, and then a surface-wind inversion method is proposed. An efficient particle filter is used to estimate the speed distribution, and the results exhibit more focused close to the actual wind speed. The method is verified by the measured noise data, and analysis results showed that this approach can accurately give the trend of sea surface wind speed.     

西沙北部海域海洋环境噪声频谱特性

Ambient noise is very important in the prediction system of a sonar performance, because it determines the detection ranges always in a passive sonar and usually in an active sonar. In the uncertainty issue for the so-nar performance, it is necessary to know this factor＇s statistical characteristics that are only obtained by data processing from the underwater ambient noise measurements. Broad-band ambient noise signals from 16 hydrophones were amplified and recorded for 2 min every 1 h. The results show that the ambient noise is essentially depth independent. The cross correlation of the ambient noise levels （1, 6 and 12 h average） with a wind speed is presented. It was found that the correlation is excellent on the upper frequency band and the noise levels correlate better with high wind speed than with low wind speed.     

Variation of underwater ambient noise observed at IORS station as a pilot study

The Ieodo Ocean Research Station(IORS) is an integrated meteorological and oceanographic observation base which was constructed on the Ieodo underwater rock located at a distance of about 150 km to the south-west of the Mara-do, the southernmost island in Korea. The underwater ambient noise level observed at the IORS was similar to the results of the shallow water surrounding the Korean Peninsula (Choi et al. 2003) and was higher than that of deep ocean (Wenz 1962). The wind dependence of ambient noise was dominant at frequencies of a few kHz. The surface current dependence of ambient noise showed good correlation with the ambient noise in the frequency of 10 kHz. Especially, the shrimp sound was estimated through investigations of waveform and spectrum and its main acoustic energy was about 40 dB larger than ambient noise level at 5 kHz.     

极低频海洋噪声与风的相关性研究

风通过影响海洋表面从而产生200 Hz以上的深海环境噪声,但有研究指出,通过风生表面波之间的非线性相互作用产生的驻波,能够与海床共振构成海底微震,从而产生10 Hz以下的噪声。针对这一新型风生噪声机制,本研究对威克岛海域10 Hz以下的极低频噪声进行了分析。比较了不同频率下海洋环境噪声功率谱级与风速的相关性,并讨论了风速和风向对设立在威克岛南北部二组水听器三联体信号的影响,结果表明2 Hz处的海洋环境噪声级与风速相关性最好,而风速和风向变化越剧烈海洋环境极低频噪声与风速风向的相关性越好。     

近海海上风电场水下噪声传播模型适用性研究

通过现场采集近海海上风电场工程区运营期风机水下噪声和背景噪声数据,计算了噪声信号的倍频带声压级,功率谱级和峰值声压级,确定了海上风电场水下噪声总声源级为148.3 d B,以此开展近海海上风电工程风机水下噪声频域特性、功率密度谱特性等研究。在此基础上使用Kraken简正波模型和Bellhop射线模型对风电场运营期风机水下噪声在水平与垂直方向上的传播进行模拟,模拟了噪声在不同频带内的衰减程度,结果显示模型模拟结果在不同频率下的衰减趋势有着很大差异,产生了明显的多途干涉现象,通过实测数据对建立的噪声传播模型进行验证,发现Kraken简正波模型在500 Hz以下,Bellhop射线模型在500 Hz以上适合模拟实际水下噪声传播情形,同时海区本身背景噪声的存在会对预测的准确性产生影响。这些结论可用于进一步对近海海上风电场水下噪声传播的研究。     

基于现场实测的渤海风速特性研究

风荷载是影响海洋结构物设计和安全服役最为显著的环境因素之一。利用在役海洋平台监测系统对渤海风速场展开长期监测,获得了长期的风速信息。对极值风速进行分析,利用极值Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型分布对风速极值的概率密度进行拟合。基于极值Ⅰ型概率分布,获得了渤海海域重现期为5 a、10 a、30 a和50 a的最大风速值。对年最大风速的脉动风分量、湍流强度、阵风因子进行了分析。考虑高频分量的影响,利用小波变换,得到了脉动风速的近似分量和细节分量,计算了实测风速的纵向和横向的空间积分尺度。对比经验脉动风谱与实测脉动风谱,证明了Davenport风速谱能够较好地拟合渤海现场风速场。     

华南沿岸浅水台风风浪频谱的初步探讨

在深水海浪向近岸浅水区传播的过程中,由于变浅作用,海浪的频谱发生了相应的变化。文章以华南沿岸实测浅水台风风浪资料为基础,通过分析比较深水风浪频谱与实测台风风浪频谱的不同,并对实测资料进行统计处理,得出适用于华南沿岸浅水台风风浪的频谱。文章还将该频谱与已有的两种深水风浪频谱和Basinski－Massel浅水风浪频谱进行了比较。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。