台风背景下的南海海洋环境噪声特性及应用研究

Strong air-sea interaction and disastrous weather would be caused by typhoon, and human lives and properties would be endangered in typhoon. It is low price and high precision to carry out typhoon monitoring and forewarning by using the ocean ambient noise in typhoon, it is a useful complement to existing aircraft and satellite observation technology. This study is based on previous works of noise survey in typhoon, using the ocean ambient noise data in typhoon which are measured by acoustic mooring, and combined with the auxiliary ocean ambient data of sea surface wind speed, rainfall, sea wave, ship distribution which were obtained by satellite technology and multi-source data fusion technique, to study the effect of typhoon on the characteristics of ocean ambient noise in the South China Sea, to distinguish the contribution of different noise sources on the ocean ambient noise. The prediction model of ocean ambient noise in typhoon will be established in the study. The mechanism for energy conversion of sea surface wind, sea wave and ocean ambient noise will be probed. Based on the ocean ambient noise, the inversion model of typhoon wind speed and intensity will be established in the study sea area. Consequently, based on the research results of the study, the new ideas and technologies will be provided for the sonar performance assessment in extreme sea conditions, typhoon monitoring and forewarning, disaster prevention and mitigation, global climate change research, etc.

台风导致强烈的海气能量交换，形成灾害性天气，严重威胁人类的生命财产安全。利用台风背景下的海洋环境噪声开展台风监测和预警价格低廉、精度高，是现有飞机和卫星观测技术的有益补充。本项目在现有台风噪声调查研究工作的基础上，基于声学潜标噪声监测技术，结合卫星技术和多源数据融合技术获取的海面风速、降雨、波浪、航船分布等辅助环境参数，深入研究南海台风对海洋环境噪声特性的影响，区分不同噪声源对海洋环境噪声的贡献，建立台风背景下的海洋环境噪声监测预报模型；探索海面风、海面波浪与海洋环境噪声之间的能量转换机理，建立研究区海洋环境噪声反演台风风速和强度的模型。该成果将为恶劣海况下的声纳性能评估、台风监测及预警、防灾减灾以及应对全球气候变化等提供新的思路和技术支撑。

在全球变暖的大背景下，台风等极端气候发生的概率在不断增大，为了解台风对南海环境噪声场的影响，开展南海台风过程的水下噪声测量，结合同步的海面噪声源参数，开展海洋环境噪声特性及其应用研究，得到如下结论：.（1）通过台风过程的航船分布数据研究表明：即便台风期间，南海也有抗风能力强的大吨位商船。所以航船噪声仍是台风期间重要的噪声源，并对200Hz以下的海洋环境噪声产生显著影响。.（2）研究了海洋环境噪声级与风速、波高的相关性。在频率大于200Hz时，噪声级与风速的相关性优于噪声级与波高的相关性。200Hz~2kHz，台风期间噪声级与风速的相关性优于非台风期间噪声级与风速的相关性。.（3）在风生噪声频段，受台风期间长波涌浪叠加本地风浪的影响，相同风级/风速下，台风期间的噪声级普遍大于非台风期间的噪声级。.（4）研究了台风期间南海北部岛礁和下坡海底对海洋环境噪声的影响，结果表明：台风期间的风浪拍打岛礁噪声和浅海风浪破碎噪声会对南海北部深海海盆部分频段的噪声大小产生影响，并改变其垂直分布结构。.（5）台风风场通过改变雨滴的下降速度和雨滴撞击水面的角度来影响台风期间的降雨噪声特性。测量结果表明，台风期间的降雨噪声影响频段大于200Hz。.（6）给出了台风背景下的海洋环境噪声模型，模型中本地风生噪声占支配地位，水中气泡声衰减对中高频噪声传播也有重要影响。.（7）基于实测噪声数据和Holland台风模型反演了不同时刻的台风风速剖面。基于声学方法可以实现台风移动路径的准实时监测，但无法进行预报。.本项目的研究成果可为台风破坏性能量估计、预警和防灾减灾提供服务，为海军恶劣天气和海况条件下的军事活动提供技术支持。