海洋科技季刊
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『聲訊及水文資料量測專輯』
目  錄 封面
「聲訊及水文資料量測」專輯序言
雷達於海洋觀測之應用
深海表面浮球觀測系統
海洋探測與測量作業現況
海洋音響參數之量測、分析及應用
海洋地音參數量測與資料庫之建立
海洋環境噪音量測系統之特性與應用
高雄港第一港口水下噪音特性量測與分析
仿魚鰾目標物逆散強度量測與分析
海洋及水下科技季刊九十七年度第十八卷第二期封面

「聲訊及水文資料量測」 專輯序言
(第十八卷第二期-序言)
摘要

 國內產官學軍界於水文與聲訊量測上在過去幾年間有相當程度的投入,量測方法及儀器之提昇與研究人力的增加有目共睹。在水文上除傳統式船側測量外,雷達、深海錨錠及衛星傳輸皆被充份利用,使量測在空間與時間取樣量可大幅度提昇。而聲訊量測包括聲音傳播損失、背景噪音、底質聲學性質、及聲音反射等也在本專籍中專文報導。其應用包括水下偵測、港口防禦、及魚業資源監測等在文章中皆有明確描述。

 近年來海洋學者利用雷達觀測海洋表面波浪現象已逐漸普及中。吳立中、董東璟、莊士賢在”雷達於海洋觀測之應用”闡述航海雷達量測波浪及流場的能力,並具有內波修測之潛力。何文華、詹智丞、許偉倫的”深海表面浮球觀測系統"描述藉由深海表面浮球布放及衛星傳輸能及時收集海表面氣象與上層的海洋水文海流等資料觀測海氣交互作用及進行颱風研究。

 除了民間投入外 海軍在水文與聲訊量測上有系統的搜集;洪毓宏的「海洋探測與測量作業現況」對海軍大氣海洋局為架構海洋作戰環境針對海洋環境中之地形府..與水文海象等有系統化且全面性的收集有相當詳盡描述。

 苑梅俊等所著「海洋音響參數之量測、分析及應用」介紹由陳琪芳教授、王崇武教授所領導的海洋聲學研究團隊近年之作業概況與研究內容。台灣周邊海域海底地形崎嶇,加上黑潮於東北方海域轉向,產生湧昇流行成良好漁場,亦在東海陸棚上形成內波現象,水下偵測狀況複雜。海洋聲學研究團隊利用海洋整合實驗,量測影響水下偵測的海洋相關參數,並且配合國內自行開發的水下偵測效能解算軟體,分析台灣周邊海域水下偵測特性,以做為台灣周邊海域海洋探測、海洋工程與漁業開發等領域的參考運用。

 王崇武等所著「海洋地音參數量測與資料庫之建立」介紹以頻譜比對法反算海洋地音參數計算方式,經與實測岩心採樣資料比對,成果相當良好。本文亦提出利用岩心、震測及反算方式建立地音資料庫之構想,可有效整合並提升由不同量測方式獲得之底質實測資料的使用效益,其成果可提供水下偵測計算運用,以增進解算準確度。

 海洋環境噪音為水下偵測效能的重要參數之ㄧ,然而環境噪音會隨著時間、季節、海洋環境等有所變動,因此需要長時間的量測,來提供較佳的數值預估。魏瑞昌等所著「海洋環境噪音量測系統之特性與應用」介紹不同類型之海洋環境噪音量測系統及其特性,並介紹海洋環境噪音之ㄧ般特性。由於海洋環境噪音量測需耗費大量人力、物力及財力,本文亦提出以實測資料為基礎,配合預估模式建立資料庫,以提供水下偵測計算所需之海洋環境噪音查詢。

趙尊憲等所著「高雄港第一港口水下噪音特性量測與分析」運用水下量測技術在高雄港第一港口區域進行環境噪音資料的蒐集,並對港區各類型船隻進行聲強的研究。研究結果顯示,港外由船隻所產生低頻噪音要比港內來的高,由波浪產生的中頻噪音港內則比港外來的大。在船隻聲強方面,其強度與船隻類型、排水量、船速、主機和輔機類型有密切關聯。

 漁探機偵測魚群時,是發射聲波碰觸魚體後,接收其逆散射聲場的強度,以確認魚群的位置及大小,魚體中的魚鰾是影響魚體目標物強度之重要因子。周欣賢等所著「仿魚鰾目標物逆散射強度量測與分析」介紹利用逆向工程技術 (Reversed Engineering),製作已知且穩定之魚體模型,藉由改變模型魚體之魚鰾 (Swim bladder) 大小幾何分佈與材質,進行散射聲場與介質目標物反射係數之量測,以瞭解目標物之斷面幾何變化對魚體聲波反射強度之影響變化。


作者:陳琪芳/現任國立臺灣大學工程科學及海洋工程系 教授

   高家俊/現任國立成功大學水利及海洋工程學系 教授

   苑梅俊/現任美和技術學院資訊管理系 教授

   


雷達於海洋觀測之應用
(第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要

 應用微波雷達進行海況觀測是現今國際上研究波浪與海流等物理特性的重要工具。本文應用高速訊號擷取技術與影像分析技巧處理X-band航海雷達回波,成功淬取出海面波場與流場影像時系列,進一步運用小波轉換(Wavelet transform)分析雷達影像時系列,獲得非均勻(non-homogeneity)波流場中波浪及海流在空間上的分佈資訊。透過在鵝鑾鼻海域的雷達、資料浮標及GPS漂流浮標同步觀測試驗,驗證了雷達觀測系統量測波浪及流場的準確性。除了海面波浪與流場的觀測外,航海雷達也具有偵測內波的潛力。透過海上的現場試驗,本文證實了應用航海雷達偵測內波的可行性。


作者:吳立中/國立成功大學水利及海洋工程學系博士班 研究生

   董東璟/國立臺灣海洋大學海洋環境資訊系 助理教授

   莊士賢/國立成功大學海洋科技與事務研究所 助理教授


深海表面浮球觀測系統
( 第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要

  颱風為我國夏季天氣型態下的重大災害與重要水資源來源,過去迄今亦投入相當程度的資源與人力從事觀察、研究與預報,近來知悉颱風生成、規模與行進路徑等,海氣交互作用居中扮演舉足輕重的角色;據此環境條件下,台美學者聯合推動颱風-海洋交互作用研究計畫,期能取得海上實際觀測的資料;而現場觀測主要是佈放美國太平洋海洋環境實驗室所發展的深海表面浮球,建立起觀測系統,收集海表面氣象資料與上層海洋水文海流資料,該系統亦配置衛星傳輸功能,即時將資料送回。而筆者過去曾在南海佈放數個深海表面浮球,已獲取寶貴的海氣資料,說明該系統能克服如颱風等惡劣海況並獲得資料,足以擔當海氣交互作用的觀測要角。


作者:何文華/台灣大學海洋貴重儀器中心

   詹智丞/台灣大學海洋貴重儀器中心

   許偉倫/台灣大學海洋研究所


海洋探測與測量作業現況
( 第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要
 完整的海洋作戰環境資訊理應包含海洋週邊環境之地形與底質、海水水文資料、海象狀況及空中天候與氣流的變化。海洋作戰環境不僅影響作戰方式與作戰時的兵力派遣;海面以上如海平面狀況、風力、大氣折射指數分佈、劇烈天氣、天候等,影響艦艇武器發射之精準度與人員士氣;海面以下如水文參數、地形與底質,則嚴重影響作戰時之戰術運用,甚至作戰計畫的設計導向等等。海軍的任務職掌依據海軍各類型作戰之教令、準則與教範,武器射控、裝備操作及戰術作為,進行資源與技術整合,結合現有大氣數值預報模式與海洋數值預報模式,產製出可有效支援反潛及其他各類型作戰所需之戰場環境中大氣海洋資訊,包含大氣海洋動態情資、大氣海洋統計情資、數值預報、電子海圖、戰場環境資料庫、大氣海洋戰術應用、氣候戰略規劃等;並結合艦隊任務,以大氣海洋機動支援方式投入各項戰演訓任務。

作者:洪毓宏/海軍大氣海洋局   


海洋音響參數之量測、分析及應用
( 第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要

  台灣位於太平洋盆地西側邊緣,加上又位處於歐亞板塊與菲律賓板塊的交會處,海底地形崎嶇,自赤道北上強勁的黑潮流經台灣東部,於東北方海域受到琉球島狐及東海陸棚影響,黑潮沿著沖繩海槽轉向,並且產生湧昇流行成良好漁場,惟黑潮轉向作用亦在東海陸棚上形成內波現象,水下偵測狀況複雜。此外,黑潮部分支流會由台灣南方的巴士海峽進入南海北部與台灣海峽,加上台灣西南海域的峽谷地形,使得西南海域的水下偵測亦相當複雜。在如此複雜的海洋環境下,有必要針對影響水下偵測的海洋參數進行研究分析,以掌握其偵測效能。本文敘述利用海洋整合實驗,量測影響水下偵測的海洋相關參數,並且配合國內自行開發的水下偵測效能解算軟體,分析台灣周邊海域水下偵測特性,以做為台灣周邊海域海洋探測、海洋工程與漁業開發等領域的參考運用。

 

關鍵詞:聲學模式、水下偵測效能、水文環境、音傳損耗、環境噪音


作者:苑梅俊/國立台灣大學工程科學及海洋工程學研究所

       美和技術學院資訊管理系 教授

   陳琪芳/國立台灣大學工程科學及海洋工程學研究所 教授

   王崇武/台北海洋技術學院海洋休閒觀光系 副教授

   海洋聲學研究團隊


海洋地音參數量測與資料庫之建立
( 第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要

  台灣周邊海域由於水面聲速高,聲波折射強,水深淺於5000公尺以下的深度聲波都會在海底反射,因此在台灣周邊海域做聲學研究時,底質聲學參數(海底沈積物之聲速、密度、衰減係數等)就變的格外重要,此點筆者曾於海洋技術季刊第十四卷第四期論述。如何將不同方法所蒐集底質聲學參數(如震測、岩心資料等)整合成資料庫,為聲學研究上重要的課題。

 

關鍵字:頻譜比對法、聲波衰減、變頻聲納、底層聲納系統


作者:王崇武/台北海洋技術學院海洋休閒觀光系 副教授

   李政哲/國立台灣大學工程科學及海洋工程學研究所 碩士

   陳琪芳/國立台灣大學工程科學及海洋工程學研究所 教授

   劉家瑄/國立台灣大學海洋研究所 教授


海洋環境噪音量測系統之特性與應用
( 第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要

 海洋環境噪音為聲納效能的重要參數之ㄧ,然而環境噪音會隨著時間、季節、海洋環境等有所變動,因此需要長時間的量測,來提供較佳的數值預估。海洋環境噪音量測系統有聲納浮標、海床錨碇錄音系統、底碇式錄音系統、及水下麥克風陣列等,每種量測系統各有其優點及限制,所收錄的噪音資料也有不同的特性,可藉有各種方法、角度來分析。過去筆者的實驗室曾探討的海洋環境噪音問題,包括風與噪音的相關性分析、環境噪音的季節性變化、噪音頻率分析、及噪音方向性分析等,其中以風速來預估風浪所產生的環境噪音大小,是聲納效能預估的最直接應用。過去台灣淺海環境噪音的紀錄已有許多寶貴的資料,為了有效管理及應用,未來將藉由建立海洋環境噪音資料庫的方式,積極推動資料數位化及保存,並提供多元化的比對及應用,期待能在海洋環境噪音的研究上有更大的突破。

 

作者:魏瑞昌/中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所 助理教授

   吳誌豪/中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所 研究生

↑回目錄

 

高雄港第一港口水下噪音特性量測與分析
( 第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要

  在航運頻繁的港口進行環境噪音建模是一件極具挑戰的事,主要原因需運用龐大的資源才能明確掌握環境噪聲因子。本研究運用水下量測技術在高雄港第一港口區域進行環境噪音資料的蒐集,其中也對港區各類型船隻進行聲強的研究。港口環境噪音主要來源以船隻為主,因此,若能瞭解船隻活動情形及掌握不同船型之聲強大小,對建構港口噪音模型是有非常大之助益。研究結果顯示,港外由船隻所產生低頻噪音要比港內來的高,由波浪產生的中頻噪音港內則比港外來的大。在港區之測站中,則以使用艦電的碼頭噪音最大,無靠泊商船的碼頭噪音最小。在船隻聲強研究方面,由於其強度與船隻類型、排水量、船速、主機和輔機類型有密切關聯,本研究僅對各類型船區分為小型船與大型船兩類,小型船由於運轉靈活,可以最大馬力輸出動力,因此量得聲強平均在155~165 dB,大型船活動範圍受限,且在安全考量下無法全馬力運轉,測得聲強在169~177 dB之間。

 

關鍵字:高雄港、環境噪音、船隻噪音


作者:趙尊憲/海軍大氣海洋局 副局長

   黃千芬/國立台灣大學海洋研究所 助理教授

   蕭名亨/國立中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所 研究生

   劉金源/國立中山大學海洋科學學院 院長   

仿魚鰾目標物逆散射強度量測與分析
( 第十八卷第二期-聲訊及水文資料量測)
摘要
  在漁業活動上,魚群探測長期仰賴水下聲納系統之應用。然而,聲波對於魚群反應的首要因子為目標物之逆散射聲場及目標物強度,因此本研究將針對仿魚體目標物進行逆散射聲場強度之測定。Nash (1987) 針對魚體各部位之目標物強度進行量測,該研究結果顯示,控制魚體上浮或下潛機制之魚鰾乃是影響魚體目標物強度之重要因子,緣此,本研究之研究前期將以Tsuchida Seisakusho之仿魚鰾目標物模型進行魚鰾目標物強度之量測,其後進而利用保利龍空心仿魚鰾,再搭配逆向工程技術結合矽膠進行目標物介質性質之改變,最後以甲殼類之外殼輔助說明生物體散射之複雜度及聲學量測之可行性。本研究之目標物架設參考Timothy K. Stanton (2004),並使用伺服馬達控制目標物之角度進行逆散射目標物強度之量測。研究結果顯示,目標物強度及逆散射聲場之變化,會隨正向入射目標物之斷面幾何變化而產生重要影響。

關鍵字:仿魚鰾、目標物強度、量測、散射、強度、矽膠

作者:周欣賢/國立中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所 研究生

   黃千芬/國立台灣大學海洋研究所 助理教授

   劉金源/國立中山大學海洋科學學院 院長


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