北海狮水下声信号类型分析

以水族馆内圈养的北海狮为研究对象,利用长达29 h的连续被动声学观测数据,对北海狮水下声信号类型进行了研究。共检测出22 689个水下声信号,对时长、最小频率、最大频率和峰值频率这4个声学参数采用聚类分析方法将信号分为10种类型:单脉冲(SP)、哨声(WS)、咕咕声(GG)、咚咚声(DS)、狗吠声(BK)、吼叫声(WY)、嗡嗡声(BZ)、撞击声(BG)、单频声(SF)以及咩咩声(BT)。该分类方式涵盖了北海狮92.6%的水下发声。北海狮水下声信号时长的均值为5~1 244 ms,峰值频率一般小于10 kHz。10种类型信号的占比各有不同,BK,BT和BG信号的比例较高;SP,WS和BZ信号的比例次之;DS,WY,SF和GG信号的比例较低。对北海狮水下声信号类型的分析能帮助了解北海狮的声行为特征,对野外北海狮的声学观测具有重要的指导价值。     

利用浅海的声传播损失反演海面风速

声信号在浅海环境传播时,经过海面风浪的不断散射,传播损失会相应改变。本文通过分析声传播损失计算海面波高,利用风浪充分成长时波高与风速的关系,对海面风速进行反演,并针对声速剖面在有无跃层两种情况下反演过程的异同进行讨论。利用模拟仿真与2013年黄海声传播实验数据对其进行了验证,结果表明此方法是有效的。     

基于图像处理的回声定位信号检测方法

鲸豚类海洋哺乳动物发出的回声定位信号是一种频率较高的短时脉冲信号,研究回声定位信号检测方法有助于快速、准确地检测海洋哺乳动物发声,进而更好地保护海洋哺乳动物.本文提出了一种基于图像处理的鲸豚类动物回声定位信号检测方法.该方法首先对收集到的数据进行分帧,计算每帧信号的时频图;使用Frangi滤波器对时频图进行滤波,以降低...     

全球气候变化对海洋声吸收系数的影响研究

基于地球系统模式FIO-ESM(The First Institute of Oceanography-Earth System Model),研究了在最高排放RCP8.5情景下1851—2100年海水温度、盐度和酸度的变化规律,综合考虑三者得到了声吸收系数的变化规律。FIO-ESM模式输出结果表明,1851—2100年间大部分区域的海水温度出现不同程度地上升,海洋酸化现象明显,北极地区附近的海水盐度出现较大程度的下降。利用Francaais-Garriso经验公式计算海洋声吸收系数发现,如果只考虑酸度对声吸收系数的影响,声吸收系数的预报误差将达到40%以上。综合计算结果表明,随着全球气候变化的演进,全球海洋声吸收系数出现不同程度的下降,最大可达70%,即未来的海洋对于声波更加"透明"。     

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式（FIO-COM）为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型（海底地形和底质参数）,实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。     

泰国海域儒艮发声分类及特征

为研究近海扇贝养殖水域水质、细菌种群分布规律以及微生物群落多样性对环境因子的响应,2019年5月至10月采集了青岛市崂山湾青山村近海栉孔扇贝养殖水域不同站位的海水样本,通过高通量测序方法分析了不同月份海水样本微生物群落结构和多样性的差异,探讨了环境因子与微生物群落结构的相关性。结果表明:①检测到变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门 (Firmicutes)等 52 个 细 菌 门,115 个 纲,其 中 变 形 菌 门 为 优 势 菌 门,主 要 包 括 γ-Proteobacteria 和α-Proteobacteria纲;②2019年9月,养殖区水样中细菌多样性升高,弧菌多样性下降,且细菌细胞数量达到最高点,说明该 养 殖 区 存 在 爆 发 弧 菌 病 的 可 能 性;③RDA 冗 余 分 析 表 明,浊 度 (P =0.027)对 养 殖 密 区 细 菌 OUT(OperationalTaxonomicUnits)水平的物种组成和群落结构具有显著的影响,硝酸盐(P=0.017)、浊度(P=0.033)对养殖疏区 OTU 水平的物种组成和群落结构具有显著的影响;④不同区域细菌门水平环境因子相关性 Heatmap图分析表明,养殖活动会影响近海细菌群落结构与环境因子的作用程度,从而增加病害发生的可能性。本研究可为贝类疾病的防治及近海海域生态系统的健康发展提供一定的理论基础。     

适用于U型阵多波束系统的高分辨底检测算法

在多波束回声声纳系统中，高分辨处理算法例如MUSIC、ESPRIT，被广泛应用于海底地形的测绘。在应用高分辨算法时，一条均匀线阵是必要条件。然而，由于系统覆盖范围/分辨率的需求以及安装空间的限制，在多波束系统中经常会采用特殊形状的接收阵列，这使得高分辨算法无法直接应用。同时回波信号的短时平稳特性使得难以估计出协方差矩阵，这也增加了高分辨算法在多波束系统中的应用难度。本文首先介绍一种基于多角度子阵波束形成的ESPRIT算法，该算法能降低高分辨算法对信噪比、样本点数和计算能力的要求。仿真表明此算法能提供更好的分辨力。接着提出一种将基于多角度子阵波束形成的ESPRIT算法与虚拟阵列变换相结合的高分辨底检测算法，并针对高分辨底检测算法在U型阵上的应用进行了探讨。计算机仿真和试验数据处理结果验证了文章所提高分辨底检测算法的有效性。     

基于多波束测深仪的西太平洋声散射层测量

为了研究西太平洋声散射层的垂向分布特征和日变化规律,分析了多波束测深系统的水体影像数据。观测结果表明,西太平洋存在着两个声散射层,一个声散射层位于0～200 m,另一个声散射层位于500～700 m,两个声散射层散射强度具有明显的日变化特征,上层散射层的散射强度呈现白天弱,夜晚强的特征,而下层散射层的散射强度日变化规律与上层相反,并且发现深散射层的厚度也存在日变化特征;分析了此种方法的优缺点,对以后声散射层的观测分析提供了新的思路。此外,利用同时下放的声速仪(SVP)的温度和深度数据对下放式声学多普勒流速剖面仪(LADCP)的观测结果进行了修正,得到了更为精确的声散射层垂向位置分布。     

基于船载ADCP和LADCP观测的南海声散射层

依据2012年ROSE航次船载ADCP和LADCP的观测数据,对南海秋季声散射层的垂向分布特征和日变化进行了分析;根据估算出的散射层中散射体的垂向迁移速度,对散射体类型进行了分析。观测结果表明,南海存在着2个声散射层,一个声散射层位于0~200m,散射强度具有显著的日变化特征,即白天弱,夜晚强;另一声散射层则处于300~500m的深度,其散射强度的日变化与另一个相反,白天较强,夜晚变弱。通过计算可得,散射体的垂向迁移,在傍晚时分运动方向向上,速度约为1.74cm/s;而凌晨左右运动方向向下,速度约为1.39cm/s。观测结果还表明,ADCP和LADCP的观测结果能够互相补充,更有利于对声散射层的细致研究。