海洋環境雜訊

海洋環境雜訊源 海水熱雜訊　為海水分子熱運動所產生，是 50～200千赫頻段範圍的雜訊的主要組成部分，它的頻譜是隨頻率而增加的上升譜。

水動力雜訊主要由海浪、海流、拍岸浪、風、雨滴和海水中小氣泡天然空化所產生，它們與海況和風速有明顯的關係。譜級主要由風速決定。深海中這部分雜訊的頻譜為0.5～50千赫，斜率為-5～-6分貝/倍頻程。在任何水文氣象條件下，都有水動力雜訊。

冰下雜訊 與冰原的移動和振動、冰塊的破裂、浮冰群的積成、吹過冰表面的渦旋氣流的不平穩性及氣溫變化等因素有關。此外，冰山離開極地向較暖海面浮動時，還產生冰山融化的雜訊。當冰不連成一片，且成碎塊狀時，在同樣的海況下，冰下雜訊的功率譜級比無冰時高5～10分貝。

生物雜訊 海中能發聲的生物有甲殼類、魚類和海生哺乳類動物（鯨、海豚）。它們發出的聲響是多種多樣的（見海洋生物發聲）。甲殼類中以螯蝦為主，它們用螯相互撞擊作響。魚類中能夠發聲的甚多，如北美的叫魚，發出叩擊般的間斷雜訊序列；中國黃海和東海的大黃魚和小黃魚，發出 500～5000赫的咕咕聲；海豚在各種不同的生態發出不同的調頻嘯聲，在尋找目標時發出短促的脈衝聲（圖1）。遠處航船動力裝置傳來的水下雜訊 其頻譜約為10赫至1千赫。

極低頻雜訊 由地震、海底火山爆發、微地震、大尺度湍流和遙遠的風暴所產生，頻率為 1～10赫。要用水聽器準確測定周圍的海洋自然雜訊，必須設法消除或盡量減輕所有干擾，如懸掛水聽器電纜搖擺振動引起的雜訊，水流過水聽器表面產生的附加雜訊等。為此，廣泛採用海底深水寬頻水聽器陣來測量自然雜訊場。

雜訊場 海洋不同地區不同季節不同種類的雜訊源構成的海洋環境雜訊場，特徵不同，通常以雜訊的功率譜、振幅的空間分佈和空間相關性等統計學的參數來表達，其中研究得較多的是平均功率譜。海洋環境雜訊的功率譜，是一種連續譜。各類水下雜訊源在空間的分佈是無規則的，但它們本身都有方向性。海況和氣象條件引起的海面狀況和水文條件的變化及海底特性不同，都會影響雜訊場的指向性。此外，風速和航運量的變化，生物雜訊的間歇性，溫度和鹽度的時空變化，潮汐、晝夜和季節的影響，都會使雜訊場呈明顯的周期性或隨機的變化。由於水下雜訊場有指向性，故場的時空相關特性的研究十分重要。圖2是在海底設置的水聽器陣測得的 0°～90°間的環境雜訊指向性圖。以頻率為 112Hz的雜訊為例，在海面風速達蒲氏風級 4級以上時，沿水平方向傳播的聲壓譜級N(0)在-30與-40之間；沿著與水平面成θ角的方向傳播的聲壓譜級N(θ)都小於N(0)。但對於頻率為 1414Hz的雜訊來說,θ越大，N(θ)越小。由此可知，極遠處的低頻雜訊通過水平路徑傳播，而高頻雜訊則大多數從海面傳播到接收陣。深海雜訊場 大量的實測數據表明，深海的環境雜訊譜相當穩定。圖3是在深海中不同風速和不同海況下測得的，1赫～100千赫的海洋環境雜訊綜合數據繪製的典型連續譜。圖右下方的虛線，表示海水分子運動的熱雜訊；曲線族1、2、3、5、8所標的數字錶示風級。譜線1和2中的1～20赫範圍，很可能是大尺度渦流中的湍流產生的雜訊，它們和風速的關係甚小。低於 1赫的譜，可能來自水靜壓力效應或地球內部的地震騷動。淺海雜訊場 淺海雜訊受水文條件、海底特點、近岸工業設施和魚類回遊的影響，隨地區和季節的變化較大。海灣和港口附近的工業設施和潮汐等雜訊源，有較強的晝夜和季節性的變化，因此只能粗略地繪出不同海灣、港口和附近地區的環境雜訊譜級。儘管如此，從長期的大量取樣所獲得的環境雜訊平均譜，仍然是很有實用價值的。

對於設計和使用聲吶設備和水下聲學儀器來說，海洋環境雜訊是一種干擾源。必須測出不同海區和不同季節的海洋環境雜訊場的功率譜特徵、指向性及時間與空間的相關特性，並在水聽陣和電路設計中採取相應措施，以提高信號雜訊比的增益。海洋生物雜訊譜是海洋生物研究和海洋捕撈的重要判據。

隨著檢測和數據處理技術的進展，對環境雜訊和接收深度的關係，雜訊場的方向性，冰下雜訊譜，雜訊級瞬時值的統計特性，及對低於10赫甚至 1赫以下的雜訊源的探索等方面的研究，都有較大的進展。

參考書目

R.J.Urick， Principles of Underwater Sound for Engineers，McGraw-Hill，New York，1975.