利用波浪滑翔机被动声学监测地中海中部鲸类与人为声源：大尺度生态评估与保护启示

《Scientific Reports》：A wave glider for passive acoustic monitoring of cetaceans and anthropogenic sources in the central Mediterranean Sea

本研究针对地中海鲸类面临的人为噪声威胁，利用搭载水听器的波浪滑翔机（Wave Glider）开展被动声学监测（PAM），首次在该区域实现长时序、大范围声学数据采集。通过分析19,115段录音（约2 TB），发现海豚科信号占比近半数（48.2%），抹香鲸（1.96%）和长须鲸（0.2%）亦有明确声学热点区；同时揭示人为声源（船舶、声呐、低频脉冲）的广泛分布。研究验证了自主水面航行器（ASV）在海洋声景评估中的有效性，为海洋保护区的划定与噪声管理提供关键数据支撑。

　　

在地中海这片仅占全球海洋面积0.8%却承载30%国际航运的半封闭海域，鲸类种群正面临船舶噪声、工业活动与气候变化的多重压力。十种常驻鲸鱼中，条纹海豚、抹香鲸和长须鲸等物种的生存状态尤为堪忧。传统视觉调查受限于天气与光照，难以实现连续观测，而固定式水听器覆盖范围有限。如何在大尺度空间内精准追踪鲸类分布并量化人为噪声影响，成为海洋生态学与保护生物学的迫切课题。

为此，由意大利安东多恩动物站（Stazione Zoologica Anton Dohrn）领衔的研究团队，于2022年9月至2023年3月在地中海中部海域部署了搭载单拖曳式水听器的波浪滑翔机（Wave Glider SV3 074）。这艘依靠波浪动力与太阳能驱动的自主水面航行器（ASV），以约1节航速完成了2,000海里的航程，累计采集19,115段音频（每段460秒），构建了约2 TB的声学数据库。研究团队从中抽取6,372份样本（占总量33%），通过声谱图可视化与音频审听相结合的人工分析，系统识别了鲸类信号（如海豚科哨声与回声定位点击、抹香鲸规则点击与咔嗒声、长须鲸20 Hz脉冲）及三类人为噪声（船舶、声呐、低频脉冲）。

关键技术方法

研究依托波浪滑翔机平台，集成Porpoise水听器（灵敏度-193.3 dB re 1V/μPa）以192 kHz采样率连续录音；采用Raven Lite软件进行声谱分析（FFT点数2048/4096，汉宁/汉明窗）；结合EMODnet海底地形数据与QGIS空间分析，提取水深与岸线距离变量；利用广义加性模型（GAM）量化环境因子对声信号检测概率的影响。

鲸类声学检测结果

分析显示，海豚科信号广泛分布于整个航迹，尤其在南部第勒尼安海与爱奥尼亚海呈现高密度聚集。其哨声（占检测文件78.1%）、回声定位点击（60.9%）与脉冲声（17.7%）存在显著昼夜节律：点击与脉冲声夜间更活跃，可能与捕食行为相关；哨声则在晨昏时段频发，暗示社会交流需求。抹香鲸声信号集中出现在第勒尼安海西南部、爱奥尼亚海西部及亚得里亚海南部，99.2%为规则点击，且分布与海底峡谷等陡峭地形显著相关（GAM解释度46.7%）。长须鲸检测量极少，仅在第勒尼安海南部记录到20 Hz脉冲，可能与低频噪声掩蔽效应有关。

人为声源空间分布

船舶噪声占比最高（75.6%），低频脉冲（25.7%）与声呐信号（8.6%）次之。声呐集中出现于第勒尼安海南部，而船舶与脉冲声全海域连续分布，且检测概率与水深、岸距显著相关（GAM解释度35.8%），无昼夜差异，凸显人类活动的持续声学影响。

讨论与意义

本研究首次证实波浪滑翔机在地中海鲸类声学监测中的可行性，其机动性弥补了固定平台的时空局限。海豚科信号的广布性印证了条纹海豚等物种对远洋生境的偏好，而抹香鲸与海底地貌的强关联性提示 submarine canyons（海底峡谷）作为关键栖息地的生态价值。人为声源的近乎无间断出现，呼吁在海洋保护区规划中纳入声景管理策略，如船舶限速、航线优化等（ACCOBAMS框架）。尽管平台成本较高且存在物种低估风险（如长须鲸低频信号易被掩蔽），该技术为未来海上风电场等开发项目的环境影响评估（EIA）提供了基线数据采集新范式。正如作者强调，将自主航行器纳入长期监测网络，有望在“海洋十年”背景下推动噪声污染防控与鲸类保护的协同治理。