《海洋噪聲與哺乳動物》:《海洋噪聲與哺乳動物》是國家科學研究委員會審議海 -百科知識中文網

基本信息

作者：(美)國家研究理事會海洋環境噪聲對海洋哺乳動物的潛在影響研究委員會著；楊燕明譯

出版社：海洋出版社出版日期：2010-01
ISBN：750277592版次：1
包裝：平裝開本：32開
頁數：185頁印張：1次
所屬分類：圖書>自然科學>天文/地球科學>海洋學>

內容簡介

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。主要表現在：有關沙灘關閉、有害藻華、海洋哺乳動物擱淺等方面的專題科學論文和科普論文在增多。其中最為敏感、最有爭議、但是所知又最少的主題是人為噪聲對海洋哺乳動物的影響。科學家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、石油勘探開採，海上建築、水聲研究和聲吶使用等自然過程，例如風生波浪、地震、降雨和海洋動物的活動也會產生水下聲波。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。許多因素的綜合作用，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、輔助通信系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系統的短期和長期影響人們知道得更少。為了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別的聲源。水聲界使用術語“環境噪聲”專指無數不可識別聲源發出的喧鬧聲，即可能知道噪聲源的類型，但無法識別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，特定聲源發出的噪聲也很重要。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。人為聲波由一系列活動產生，包括商業航行、地球物理勘探、油井鑽探和開採、疏浚和海洋建設、聲吶系統以及海洋科學研究。有意生成的噪聲具有明確的目的，例如採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產生的，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，也要計算可識別聲源的噪聲。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出。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。傳統統計方法指出：深海噪聲總通量(時空平均值)來自兩大聲源：頻率範圍從1Hz-100kHz以上的風生海洋波浪和低頻(5Hz至幾百赫茲)的商業航運。顯然，傳統方法只是計算噪聲通量的方法之一，但不一定適合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，商船噪聲是唯一可以按照科學方法推測其長期趨勢的領域。一方面，過去50年商船數量顯著增加(以及有限的噪聲觀測)，意味著船舶交通產生的噪聲水平以15dB量級逐漸上升；另一方面，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別聲源對海洋哺乳動物短期和長期的影響人們了解得很少，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致因。另一方面，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了解得更少。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系統的影響。
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。將這兩種模型結合起來是最大的挑戰。作為反潛戰研究的一部分，美國海軍研發了種類繁多的環境噪聲模型和資料庫。但是關注海戰情形意味著這些環境噪聲模型和資料庫並不適合於在海洋哺乳動物中的套用。海洋哺乳動物棲息地和分布模式模型以及將音量與回響聯繫起來的影響模型受到數據太少的嚴格限制。為了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產品，必須擴充、升級和協調現有的資料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。為了完成模型驗證這一關鍵步驟，記錄完整的資料庫也必不可少。
最近，來自聯邦和科學原始資料以及媒體的報告指出：使用高能中頻聲吶與喙鯨擱淺之問有聯繫。軍事演習中使用多種高能中頻(1～10kHz)聲吶，在時空上都使人密切聯想到最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了這種預期，在喙鯨近岸棲息地的軍事演習中，使用多種中頻聲吶與喙鯨擱淺之間至少存在間接關係。在本書的編輯過程中出現了一些近期事件的有關新聞報導，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出現相似的損傷。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，至今已仔細分析了八個相對較新的樣本。因為在時空上重複聯想到軍事演習中的聲吶與鯨擱淺之問的關係，聲吶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制並不是同義的。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精確原因仍未確定。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合報告。但是，顯然這是一個需要更多研究的主題。Evans和England概述的研究計畫是一個好的開端。
建議
一個聯邦政府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)特別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資料庫；(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。
為了提供參考資料庫、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、油氣開採、海洋和海岸帶建設及其他海洋活動產生的噪聲數據要么不知道，要么很難分析。原因是這些數據由不同的機構持有，如工業資料庫公司、船舶工業集團和軍事組織。為了有關各方能改進訪問這些數據集的能力並在研究中得以套用，供論文發表、教學以及管理和監管的用途，將所有數據歸入單一資料庫是有利的。該資料庫應該是分散式網路的互連資料庫，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，應該鼓勵該資料庫研發力量的國際合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系列、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、重複速率)。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複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，應該儘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系列是有用的。為了確定不同信號特性的生理和行為回響，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。在特別重要的地理區域，必須特別注意對海洋噪聲貢獻最大的可能聲源以及對海洋生物有顯著影響的可疑噪聲源。
必須啟動寬頻範圍(1Hz～200kHz)的海洋噪聲長期監測計畫。監測和數據分析必須包括噪聲的平均態或穩態，以及可識別的聲源如地震勘探聲源、聲吶和爆炸聲源，這些聲源在傳統的環境噪聲數據集裡沒有得到鑑別。聲數據收集應該與已啟動的全球海洋觀測系統(正在美國和其他地方討論)相結合，應該啟動長期噪聲趨勢預報模型研發的研究計畫。監測系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出科學的決策。
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合理的。當確定新的海洋哺乳動物棲息地時，為了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。
應該制定一個研究計畫，研究海洋環境噪聲和可識別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困難的問題需要生物學家、聲學家之間的多學科工作，以便建立仔細的觀測、理論和建模計畫。該項工作的早期重點應該是分析可識別的高能中頻聲吶與海洋哺乳動物損傷和群體擱淺事件之間的可能聯繫。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了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。
為了在全球表征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。儘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了解得相當少。為了預測噪聲對海洋哺乳動物行為影響的重要性，必須更好地了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數如海底地形、底質類型和水體變數。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別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，這在長期監測有困難或不可能的海域特別有用。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出聲波的分布和特性。在描述海洋哺乳動物聲技能方面已經取得很好的進展，自然的發聲模式人們了解得很少，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。
人為聲波掩蔽了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回聲定位的回聲，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了有限的記錄，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回響行為的變化，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)數據長期採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)高解析度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線索數據。目前的標記技術可以追蹤海洋哺乳動物個體幾個月。可以高解析度採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、將行為與環境線索相關聯等方面，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系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致相當。人們在很大程度上不了解人為噪聲對魚和其他非哺乳物種包括卵或幼蟲的影響。作為海洋生態系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。這樣的計畫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。儘管受限於有限物種且數據集小，聽力(閾值暫時或永久漂移)直接生理效應的建模相對比較直接。應該將這些綜合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，以及可識別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套用于海洋哺乳動物問題時受限，應該推行更加綜合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。為了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，特別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。
應該制訂計畫來仔細調查研究：解釋喙鯨身上所觀察到的損傷的因果機制、該損傷是物種特有的還是更普遍的問題、高能中頻聲吶聲學如何直接或間接與群體擱淺事件相關聯。Evans和England(2001)概述的研究計畫是一個良好的工作開端。使用高能中頻聲吶與喙鯨群體擱淺之間的關聯受到公眾的廣泛關注。機構報告發布了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出現。回顧喙鯨群體擱淺的已有報告進一步強化了這種關聯的可能性。喙鯨屍體處於可供完整、權威的法醫分析狀態的事例幾乎沒有。獲得擱淺喙鯨合適樣本的複雜性以及迄今為止群體擱淺和非群體擱淺的少量數據，妨礙了上述機制的確定以及觀察到的損傷、擱淺與聲吶使用背後之間的因果聯繫。

提要
結論
建議
第1章緒論
1.1任務陳述
1.2聲吶方程在生物接受器中的套用
1.3本書的結構
第2章海中聲源及海洋噪聲的長期趨勢
2.1緒論
2.2海洋噪聲的自然聲源
2.3水下生物聲源
2.4海洋噪聲的人為貢獻
2.5油氣工業活動產生的海洋噪聲
2.6聲吶
2.7爆炸聲源
2.8工業和建設對海洋噪聲的貢獻
2.9海洋噪聲的長期趨勢
2.10其他海洋噪聲源的長期趨勢
第3章噪聲對海洋哺乳動物的影響
3.1海洋生物的聽力
3.2海洋哺乳動物的聲損傷
3.3海洋噪聲對哺乳動物行為的影響
3.4海洋噪聲對聲信號的掩蔽
3.5海洋哺乳動物對海洋噪聲的適應、敏化和耐受度
3.6聲誘導應激
3.7研究海洋哺乳動物行為的新手段
3.8噪聲對海洋生態系統的影響
第4章海洋環境噪聲的建模與資料庫
4.1海洋環境的聲學建模
4.2噪聲對海洋哺乳動物影響的建模
4.3資料庫
4.4總結
第5章結論與建議
5.1海洋環境噪聲源
5.2海洋哺乳動物與海洋噪聲
5.3海洋噪聲模型
5.4包羅萬象的建議
參考文獻
附錄a：委員會成員簡歷
附錄b：縮略詞
附錄c：水下噪聲模型舉例
附錄d：nrc報告的研究建議(1994，2000)
附錄e：術語辭彙表
附錄f：生物術語