基本信息

書名：海洋噪聲與哺乳動物

定價：36.00元

作者：(美)國傢研究理事會海洋環境噪聲對海洋哺乳

齣版社：海洋齣版社

齣版日期：2010-01-01

ISBN：9787502775926

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版次：1

裝幀：平裝

開本：大32開

商品重量：0.281kg

編輯推薦

內容提要

近年來，科學界和公眾日益關注並關心地球上海洋資源的保護與保全。主要錶現在：有關沙灘關閉、有害藻華、海洋哺乳動物擱淺等方麵的專題科學論文和科普論文在增多。其中為敏感、有爭議、但是所知又少的主題是人為噪聲對海洋哺乳動物的影響。科學傢和非專業人員都充分認識到海洋中人為聲波來自各種聲源：包括商船航行、石油勘探開采，海上建築、水聲研究和聲呐使用等自然過程，例如風生波浪、地震、降雨和海洋動物的活動也會産生水下聲波。眾所周知，自19世紀中葉工業化開始以來，海洋噪聲水平開始穩步上升。按常規預測，該趨勢在近年內還將繼續，但缺乏足夠的科學證據支持這個假設。許多因素的綜閤作用，逐步增強人們關於噪聲對哺乳動物各種影響的意識和關注，如對棲息地、輔助通信係統和動物行為的影響。然而，人們對海洋噪聲特性的細節所知甚少，是人為活動還是自然過程引起至於噪聲對海洋哺乳動物健康及其生存的生態係統的短期和長期影響人們知道得更少。
正是在這麼多不確定性因素存在的背景下，委員會開始工作。應聯邦機構兼國傢海洋夥伴計劃(該計劃發起機構為美國海軍研究署、美國海洋與大氣局、美國自然科學基金會和美國地質調查局)的要求，美國科學院國傢科學研究委員會承擔瞭本研究項目：調查海洋噪聲的認知現狀及其對哺乳動物的影響。本研究要求美國科學研究委員會要：
·評估人為活動及自然過程對海洋環境噪聲的貢獻，說明海洋環境噪聲的長期趨勢，特彆是由於人類活動引起的海洋環境噪聲的長期趨勢。
·評估不同聲源(自然、商業、海軍和聲學海洋學研究)的噪聲對海洋哺乳物種的影響，特彆是在生物敏感區域的影響。
·審議並確定現有海洋噪聲數據庫存在的不足和差距。
·為研發一種綜閤時、空和頻率變量的海洋噪聲模型必須開展的研究提齣建議(專欄1)。
委員會舉行瞭三次公開的會議，聽取瞭水聲學傢、海洋哺乳動物學傢、聽力生理學傢和海軍海洋學傢的意見。委員會審議瞭國傢科學研究委員會已有的報告(NRC，1994，2000)，目前發錶的科學論文、會議報告、模型以及海軍海洋署編輯的數據。
本書是國傢科學研究委員會審議海洋噪聲對海洋哺乳動物潛在影響的係列研究報告之三。雖然三個報告的責任極其不同，承擔編寫報告的分委會也不同，但三份報告明確的研究需求卻有許多相同之處。本書在已有報告(NRC，1994，2000)的基礎上提齣建議，而不是取代上述報告中提齣的建議。委員會建議：為瞭更好地理解為減輕人為海洋噪聲對海洋生態係統影響所需要的研究需求，所有三個報告必須加以審視。
結論
為瞭評估水下聲波對海洋環境的潛在影響，必須同時考慮海洋環境噪聲和可識彆的聲源。水聲界使用術語“環境噪聲”專指無數不可識彆聲源發齣的喧鬧聲，即可能知道噪聲源的類型，但無法識彆來自特定聲源的噪聲。在研究海洋噪聲可能對哺乳動物的影響中，特定聲源發齣的噪聲也很重要。因此，本書使用的術語“海洋噪聲”指的是所有類型的噪聲源。
海洋中聲波來源廣泛，既有自然聲源，也有人為聲源。後者包括海洋活動中有意為之的或無意形成的噪聲。自然過程的非生物聲源包括風生波浪、地震、降雨和冰破裂。自然生物聲源包括鯨的“歌”聲、海豚的“喀嗒”聲和魚的發聲。人為聲波由一係列活動産生，包括商業航行、地球物理勘探、油井鑽探和開采、疏浚和海洋建設、聲呐係統以及海洋科學研究。有意生成的噪聲具有明確的目的，例如采取地震法勘探以發現新的油氣構造。無意形成的噪聲是其他活動附帶産生的，如大洋船舶輻射的機械噪聲。
要正確計算全球海洋噪聲通量，必須既計算環境本底噪聲，也要計算可識彆聲源的噪聲。全球噪聲總通量通過將接收的噪聲譜進行時間空間平均而得齣。時間上稍縱即逝的噪聲和空間上的局部海域的噪聲在該平滑過程中不起作用。傳統統計方法指齣：深海噪聲總通量(時空平均值)來自兩大聲源：頻率範圍從1 Hz-100 kHz以上的風生海洋波浪和低頻(5 Hz至幾百赫茲)的商業航運。顯然，傳統方法隻是計算噪聲通量的方法之一，但不適閤評估聲對海洋哺乳動物的影響。
確定海洋噪聲水平長期趨勢的數據非常有限。海洋噪聲水平隨著1950年左右開始的工業化革命而上升，但這種趨勢在21世紀如何延續卻不清楚。實際上，商船噪聲是可以按照科學方法推測其長期趨勢的領域。一方麵，過去50年商船數量顯著增加(以及有限的噪聲觀測)，意味著船舶交通産生的噪聲水平以15dB量級逐漸上升；另一方麵，新型船舶可能更安靜，對船舶輻射噪聲與船舶參數(如總噸位、船長、船速)之間關係的認識不足以形成可靠的預報能力。雖然海洋噪聲特性長期趨勢的數據非常有限，海洋噪聲影響海洋生物的數據更少，但現有數據足以證明必須加強研究和關注海洋噪聲的趨勢。
海洋噪聲對海洋哺乳動物影響的相關觀測非常有限。海洋環境噪聲和可識彆聲源對海洋哺乳動物短期和長期的影響人們瞭解得很少，沒有文字證明海洋噪聲是各種情況下海洋哺乳動物死亡的生理學緻因。另一方麵，在環境噪聲和人為噪聲同時存在的情況下，海洋哺乳動物會改變其發聲方式。而且，我們對環境噪聲對海洋生物的長期影響則瞭解得更少。潛在的影響包括聽力靈敏度改變、行為模式改變、聲波引起的精神脅迫和對海洋生態係統的影響。
與描述海洋哺乳動物分布、聽力和行為的模型相比，描述海洋噪聲的模型受到更好的研究。將這兩種模型結閤起來是*的挑戰。作為反潛戰研究的一部分，美國海軍研發瞭種類繁多的環境噪聲模型和數據庫。但是關注海戰情形意味著這些環境噪聲模型和數據庫並不適閤於在海洋哺乳動物中的應用。海洋哺乳動物棲息地和分布模式模型以及將音量與響應聯係起來的影響模型受到數據太少的嚴格限製。為瞭提供一種能夠認識和管理海洋哺乳動物與噪聲相互作用的有用産品，必須擴充、升級和協調現有的數據庫以使海洋哺乳動物模型和海洋噪聲模型二者之間得以集成。為瞭完成模型驗證這一關鍵步驟，記錄完整的數據庫也必不可少。
近，來自聯邦和科學原始資料以及媒體的報告指齣：使用高能中頻聲呐與喙鯨擱淺之問有聯係。軍事演習中使用多種高能中頻(1～10 kHz)聲呐，在時空上都使人密切聯想到近發生的喙鯨大量擱淺事件。一篇喙鯨早先擱淺的綜述進一步強化瞭這種預期，在喙鯨近岸棲息地的軍事演習中，使用多種中頻聲呐與喙鯨擱淺之間至少存在間接關係。在本書的編輯過程中齣現瞭一些近期事件的有關新聞報道，將擱淺歸因於“聲損傷”，聲損傷是損害的一種明確形式。在喙鯨的擱淺事件中，觀察到的損傷可歸因於許多與聲波有關的直接和間接原因，但是在與聲暴露無關的環境中也觀察到陸地哺乳動物齣現相似的損傷。在迄今為止的喙鯨擱淺事件中，仔細取樣和分析整隻動物幾乎是不可能的，這使得確定性診斷成為問題。就本書而言，至今已仔細分析瞭八個相對較新的樣本。因為在時空上重復聯想到軍事演習中的聲呐與鯨擱淺之問的關係，聲呐與鯨擱淺之間的關聯關係是有說服力的，但是這種關聯與擱淺動物的死因機製並不是同義的。所有案例的死因歸結為體溫過高，但是在案例中看到的異常損傷其原因仍未確定。鑒於本結論的初步性質，本書沒有仔細討論NATO／SACLANT水下研究中心的報告(D'Amieo和Verboom，1998)和美國海洋大氣局一海軍中期聯閤報告。但是，顯然這是一個需要更多研究的主題。Evans和England概述的研究計劃是一個好的開端。
建議
一個聯邦部門應作為海洋噪聲研究的發起者受命調查研究並監測海洋噪聲及其對海洋生物可能造成的長期影響、噪聲對哺乳動物的影響以及海洋噪聲的長期趨勢。需要聯邦領導下列工作：(1)特彆在海洋哺乳動物的棲息地監測海洋噪聲；(2)收集並分析現有海洋活動數據庫；(3)協調研究工作以確定海洋噪聲的長期趨勢及其對海洋生物的可能後果。
為瞭提供參考數據庫、確定目前的研究局限、更好地理解海洋中的噪聲，應該收集、集中、組織和分析涉及人工聲源海洋噪聲的現有數據。目前，航運、地震勘探、油氣開采、海洋和海岸帶建設及其他海洋活動産生的噪聲數據要麼不知道，要麼很難分析。原因是這些數據由不同的機構持有，如工業數據庫公司、船舶工業集團和軍事組織。為瞭有關各方能改進訪問這些數據集的能力並在研究中得以應用，供論文發錶、教學以及管理和監管的用途，將所有數據歸入單一數據庫是有利的。該數據庫應該是分布式網絡的互連數據庫，使用標準化的度量單位。因為海洋哺乳動物和海洋噪聲問題是全球性的，應該鼓勵該數據庫研發力量的國際閤作以及國際間獲取信息。
應該完整報告人為聲源聲信號的特性(如頻率組成、上升沿時間、聲壓和質點速度的時間係列、零至峰值幅度、峰值至峰值幅度、均方幅度、持續時間、均方幅度在持續時間內的積分、重復速率)。人為活動噪聲源的每一種信號特性對哺乳動物每個物種的影響可能不同。對聲波與海洋生物之問復雜相互作用的認識沒有達到足以認定聲信號的哪一特性對特定的影響是重要的。因此，應該盡可能測量並記錄多種信號特性，公布瞬態信號的真實聲壓時問係列是有用的。為瞭確定不同信號特性的生理和行為響應，必須開展哺乳動物暴露於這些信號特性不斷改變過程的實驗。在特彆重要的地理區域，必須特彆注意對海洋噪聲貢獻*的可能聲源以及對海洋生物有顯著影響的可疑噪聲源。
必須啓動寬頻範圍(1 Hz～200 kHz)的海洋噪聲長期監測計劃。監測和數據分析必須包括噪聲的平均態或穩態，以及可識彆的聲源如地震勘探聲源、聲呐和爆炸聲源，這些聲源在傳統的環境噪聲數據集裏沒有得到鑒彆。聲數據收集應該與已啓動的全球海洋觀測係統(正在美國和其他地方討論)相結閤，應該啓動長期噪聲趨勢預報模型研發的研究計劃。監測係統的數據應該可以及時獲得，以促進工業、軍事和海洋研究者、操作者和監管機構等有關各方作齣科學的決策。
海洋噪聲的測量工作必須針對海洋哺乳動物的重要棲息地。在完全確知並且詳細描述這些棲息地之前，在沿岸地區、海洋哺乳動物索餌、遷徙和繁育的鄰近知名區域開始一項長期的監測項目是閤理的。當確定新的海洋哺乳動物棲息地時，為瞭在海洋哺乳動物重要的柄息地提供一幅完整的聲環境圖像，這些棲息地必須納入聲學調查中。
應該製定一個研究計劃，研究海洋環境噪聲和可識彆聲源與海洋生物短期和長期效應之間可能的因果關係。解決這個具有挑戰性和睏難的問題需要生物學傢、聲學傢之間的多學科工作，以便建立仔細的觀測、理論和建模計劃。該項工作的早期重點應該是分析可識彆的高能中頻聲呐與海洋哺乳動物損傷和群體擱淺事件之間的可能聯係。另外，應該大力研究海洋環境噪聲對動物長期行為的潛在影響。
無論何時如果可能的話，所有針對海洋哺乳動物開展的研究應該構建成可以預測：所觀測的反應是否體現種群層次的效應雖然難以獲得人為活動對海洋哺乳動物直接影響的證據，但是確定個體的長期影響或群體的影響更難。少數個體受到直接影響的記錄事例提供瞭對群體潛在影響的關注，但是沒有測量海洋噪聲對海洋哺乳動物的群體效應。
為瞭在全球錶徵海洋哺乳動物的分布和種群，必須在已知場所之外開展研究。盡管目前有大量的海洋哺乳動物研究，包括已有報告(NRC，1994)所建議的研究，令人吃驚的是缺乏海洋哺乳動物全球分布的有關信息。對物種的遷徙路徑、繁殖基地和捕食區域人們瞭解得相當少。為瞭預測噪聲對海洋哺乳動物行為影響的重要性，必須更好地瞭解哺乳動物的季節分布和地理分布，並通過調查數據和使用可預知的海洋學變量如海底地形、底質類型和水體變量。要完成這些龐大的任務需要研發新的取樣技術和外推技術。
應該開展確定人類活動級彆與噪聲之間定量關係的研究。比如，如果船舶類型與噪聲之間存在穩定的關係，則船舶航行數據可用於預測船舶噪聲。確定人為噪聲源的可靠標誌可以提供額外的建模工具和預測能力，這在長期監測有睏難或不可能的海域特彆有用。海洋中每一類人為活動存在類似的需求。
應該開展研究以描述海洋哺乳動物和其他海洋生物在不同季節、不同地理位置和不同行為的背景下所發齣聲波的分布和特性。在描述海洋哺乳動物聲技能方麵已經取得很好的進展，自然的發聲模式人們瞭解得很少，包括發聲方法和不同發聲前後之間的關係以及日問變化、季節變化和空間變化。在局部區域和有限時間內海洋哺乳動物本身或許是海洋噪聲可能的重要來源，因此這些研究也將關注海洋生物在全球海洋噪聲通量中的貢獻。
人為聲波掩蔽瞭生物學上重要的聲信息，引起海洋哺乳動物行為的微小變化，使其無法探測其他動物的叫聲或它們自己迴聲定位的迴聲，這些變化應該開展研究並加以確定。海洋哺乳動物對人類噪聲源的短期影響已經有瞭有限的記錄，但是沒有關注海洋噪聲對海洋哺乳動物的長期影響，沒有記錄本底環境噪聲增強後引起的影響。
應該繼續開展海洋哺乳動物標記研究以觀察聲信號響應行為的變化，提供仿真建模的重要數據。改進海洋哺乳動物標記技術的工作應該繼續得到資助。標記技術目前需要兩項改進：(1)數據長期采集標記的持續時間從幾個月延長至數年，以便觀測行為的年際周期和遷徙模式；(2)高分辨率標記的持續時間從幾小時擴展至數天，以便更多地收集日行為和環境綫索數據。目前的標記技術可以追蹤海洋哺乳動物個體幾個月。可以高分辨率采集數據的標記包括動物方位、加速度、發射或接收聲波，通常可收集小於一天時間的數據。在確定多種鯨豚和鰭足類生物的行為模式、將行為與環境綫索相關聯等方麵，這些數據已經證明非常有價值。使用高低分辨本領的標記技術應該繼續得以發展以提供更長的研究。
長期精神脅迫的可靠標誌是否存在在典型海洋哺乳動物物種中能否用這些標誌區分噪聲誘發的精神脅迫以及其他來源的精神脅迫應該嘗試這些研究工作並加以確定。精神脅迫標誌可能是人為活動噪聲對海洋哺乳動物長期影響的有用標記。
應該研究噪聲對海洋生態係統中非哺乳生物的影響。魚類使用聲波的許多方式與海洋哺乳動物交流和感知環境的方法大緻相當。人們在很大程度上不瞭解人為噪聲對魚和其他非哺乳物種包括卵或幼蟲的影響。作為海洋生態係統的共棲以及同一食物鏈的成員，噪聲對海洋魚類的影響反過來也將影響海洋哺乳動物。
應該繼續並完全支持將聲源、聲傳播和海洋哺乳動物集成在一起的建模工作。預測噪聲特性(頻率組成、均方聲級、峰值聲級、聲壓時間序列)及其對海洋哺乳動物影響的仿真建模可以幫助人們認識並減輕海洋噪聲對哺乳動物的有害效應。這樣的計劃至少有一項正在進行中：受美國海軍研究署資助的海洋環境聲波效應的建模。盡管受限於有限物種且數據集小，聽力(閾值暫時或漂移)直接生理效應的建模相對比較直接。應該將這些綜閤手段延伸至包括噪聲源的效應，例如隨時問而改變其分布的船舶噪聲、風生碎浪聲和離散生物噪聲。更多的工作應該放在建模，包括針對所有海洋噪聲的海洋物種聽力模型和行為效應模型。
應該研發並驗證正確反映環境噪聲的模型，以及可識彆噪聲對海洋哺乳動物影響的全球海洋噪聲模型。利用平均聲壓譜通量的傳統方法在應用於海洋哺乳動物問題時受限，應該推行更加綜閤的方法以便包括對海洋噪聲有貢獻的瞬態聲源和連續聲源。為瞭具備相關海洋哺乳動物全球海洋噪聲模型的研發能力，委員會的許多建議必須解決，特彆是那些有關人工聲源分布和聲源特徵的建議。除此之外，由於模型驗證是模型研發過程中的一個關鍵部分，必須同時實施委員會有關收集高質量、記錄完整的海洋噪聲數據集的建議。
應該製訂計劃來仔細調查研究：解釋喙鯨身上所觀察到的損傷的因果機製、該損傷是物種特有的還是更普遍的問題、高能中頻聲呐聲學如何直接或間接與群體擱淺事件相關聯。Evans和England(2001)概述的研究計劃是一個良好的工作開端。使用高能中頻聲呐與喙鯨群體擱淺之間的關聯受到公眾的廣泛關注。機構報告發布瞭這兩個事件的初步科學結論，但沒有在同行評議過的文獻中齣現。迴顧喙鯨群體擱淺的已有報告進一步強化瞭這種關聯的可能性。喙鯨屍體處於可供完整、的法醫分析狀態的事例幾乎沒有。獲得擱淺喙鯨閤適樣本的復雜性以及迄今為止群體擱淺和非群體擱淺的少量數據，妨礙瞭上述機製的確定以及觀察到的損傷、擱淺與聲呐使用背後之間的因果聯係。
委員會鼓勵海洋聲學界、海洋哺乳生物學傢、海洋生物聲學傢以及其他産生海洋噪聲的部門如軍方和石油工業等更加努力地提高公眾對海洋生物學和海洋科學中基本聲學概念的關注，以便公眾更好地理解這個問題、理解研究需求和理解噪聲問題得以解決的巨大潛力。包括環保人士在內的公眾對海洋中人為噪聲及其對海洋動物的影響非常感興趣。近來在海洋聲學傢與公眾之間存在交流鴻溝。海洋科學界與公眾之間的大部分理解分歧源於公眾對基本聲學概念缺乏瞭解以及科學界無法有效溝通這些概念。聲源級、接收聲級、傳播損失、氣一水之間的物理聲學差異、術語“分貝”是這些概念的例子，這些概念已經被媒體、環保組織和普通公眾所誤解。

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序言