地球約有75%表面積被海洋覆蓋,水面下的世界廣漠無垠、遼遠而無邊際。在這廣闊的海洋世界中,人類藉由使用聲學儀器主動探尋或被動聆聽海洋的聲音,試著取得其中環境棲地、氣候變遷、生態演化、人為活動等音訊片段,層層疊疊,織就成所謂「水下聲景(Soundscape)」的篇幅。
臺灣海域離岸風場開發,伴隨而來的即是海事工程的水下噪音以及離岸風機長期運轉的人為噪音,使得該海域之水下聲景丕變,進而影響對聲音敏感之物種行為模式,故本期專輯以「水下聲景與海域監控」
(Underwater soundscapes and acoustic monitoring)
為主題,共邀集十篇文章。本期專輯的第一篇至第六篇對於「水下聲景」介紹詳列如下。
第一篇由邱永盛、許世霖、張元櫻撰寫之「離岸風電場水下噪音傳遞研究」主要蒐集臺灣西部離岸風力發電場的周圍環境噪音資料,針對2021年於彰化風場外航道及白海豚保護區外設置兩個量測站進行水下聲景量測,另蒐集環境參數進行聲音傳播模型模擬,討論離岸風電場噪音傳遞的可能影響。第二篇由吳誌豪、胡惟鈞、Shashidhar
Siddagangaiah、許立雙、呂秉豪、郭介文、劉睿丞、陳琪芳撰寫之「臺灣西部海域水下聲景初探」著重於臺灣西部離岸風場海域之水下環境聲景的資料,彙整各類工作船隻的低頻噪音、間歇性高強度的打樁噪音,以及營運期間離岸風機所產生的長期水下噪音,對比風場開發地區之水下聲景因人為、生物、地理環境等因素而改變的狀況,同時描繪出水下聲景作為日後水下噪音評估之參考。第三篇由方銀營、施辰佑、劉家毓撰寫之「南化水庫環境噪音與船舶噪音分析」進而了解陸基工程對水下噪音之影響,量測南化水庫上之湖上抽沙平台水下噪音、巡庫遊艇船舶噪音、舢舨船噪音、隧道工程之打樁噪音及環境噪音,分析水下不同噪音之特性。第四篇由邱永盛、張元櫻撰寫之「臺灣西部海域生物活動之被動聲學調查與分析技術發展」為建立海洋生物被動聲學調查與分析技術,研究內容包含運用極低噪水下聲學紀錄器於臺灣西部海域進行連續被動監測,發展機器學習自動辨識技術以辨識、標註、與擷取生物聲訊,最後針對生物聲訊進行動態分析。第五篇由蔡孟汎、王雅盈、翁仕賢、彭巧明、陳琪芳撰寫之「拖曳式聲學陣列應用於海洋哺乳類之監測」概述拖曳式陣列進行被動式聲學監測之方法。臺灣目前採用的調查方式仍以目視及聲學定點監測為主,目視進行穿越線調查使調查範圍遼闊,但受限於時間和環境因子;聲學定點監測持續時間長,但範圍侷限於附近地區;拖曳式聲學陣列調查範圍遼闊又不受限於時間及環境因子,雖然易受船舶噪音影響的問題仍需克服,但期望能在臺灣發展更多的應用。第六篇由劉冠汶、林演斌、黃清哲撰寫之「運用資料浮標長期即時觀測水中環境噪音」近海水文中心開發具競爭力且能夠長期作業的水中聲音監測系統(USMS),並將USMS整合於資料浮標上,研發出水聲浮標,即時回傳所量得的水中環境噪音頻譜,來進行水下聲景觀察。透過現場觀測成果,分析波高與水中環境噪音,建立水中環境噪音聲壓級(SPL)與波高之關係,並證實水聲浮標之實用性與所觀測水中噪音資料的合理性。
臺灣身處太平洋島鏈中樞,「海域監控」除了使用被動式聲學監測系統收音紀錄分析外,近十年來更蓬勃發展出聲學資料浮標、水下滑翔機(Seaglider)、水下遙控無人載具(ROV)、風帆型浮台(Sailbuoy)等水面載具,其具備全天候24小時作業能力,並可執行遠距離、深水域之危險任務,為有效監控臺灣海域内的自然環境及聲學動靜之軟硬體系統研發,只要與陸海空兵力布防搭配合宜,相信對於國家安全(Security)、海事安危(Safety)、水文探勘皆有高度的掌握與加乘效果,海域監控載具篇幅列於本期專輯的第七篇至第十篇中敘明。
第七篇由吳瑋軒撰寫之「水下滑翔機關鍵組件開發與應用」提出水下滑翔機所需關鍵技術,例如浮力引擎與抗壓內艙設計,並以完整的水下滑翔機機電系統於台灣外海成功完成單一潛浮及連續潛浮測試任務。在實驗驗證結果方面,本文所研發水下滑翔機,電力至少可維持120天,並於2018年成功完成海測任務,同時締造台灣第一台自製水下滑翔機下潛深度紀錄。第八篇由楊凱絜、王釋虹、謝祥志、張明輝、詹森撰寫之「以水下滑翔機觀測海洋紊流:系統整合與現場實驗」介紹國立臺灣大學海洋研究所及理學院貴重儀器中心在國科會的補助下,引進酬載紊流探針的水下滑翔機(Seaglider),在既有的水下滑翔機運作及紊流觀測基礎上,進一步發展水下滑翔機紊流觀測技術。同時也探討利用自走式水下滑翔機酬載紊流探針系統進行海洋紊流觀測的技術、面臨的挑戰及初步觀測結果。第九篇由張珮錡、謝馥蔓撰寫之「水下遙控無人載具(ROV)操作人員職能分析研究」以IPO職能發展模式為基礎,採用訪談法、次級資料分析法、專家焦點團體會議法等分析方法,進行水下遙控無人載具(ROV)操作人員之職能分析研究。考量ROV操作員(ROV
Pilot)人力需求量最大,需於第一線進行定期維護工作以及較複雜的技術性工作,本研究最終產出「水下遙控無人載具(ROV)技術工程師」職能基準,內容包括職業基本資料、工作內涵以及能力內涵,其中共計產出5項主要工作職責,9項工作任務、10個工作產出、29項行為指標、31項知識、23項技能和4個態度,以此供學校、培訓機構及企業等作為培育與選用人才之依據。第十篇由挪威Aanderaa/Xylem公司的Dr.
Anders Tengberg, Inger Graves & Harald Tholo 撰寫之「 Current and Wave
Measurements from Autonomous Surface Platforms – The Sailbuoy」(水面自動化航行平台於波浪與海流量測-以風帆型浮台為例)
文中將介紹如何從受波浪影響的小型移動平台上,獲得高品質資料所需考慮的因素。為了得到足夠的有效資訊,都普勒聲波流速儀被設定以窄頻方式測量,並且每筆發射聲波都要補償傾斜角和方向角的變化。方向波的量測以加速度計為基礎,可以有效透過機械和電子濾波器的結合,成功地過濾測量干擾。小型移動平台上的都普勒流速儀測量結果將與底碇朝上量測的流速儀進行比較。
綜整以專輯論文論述,皆為真實切入臺灣周邊海域現況及水下載具之應用於海洋聲景監測,無論是對國土安全以及民生需求,都是極為重要的指標,水下聲景與海域監測技術及應用措施,在此提出供國內相關單位借鏡參考。