海洋声景中船舶噪声量化与声学生境丧失评估：基于高效计算框架的生态管理新工具

本研究针对海洋管理中难以追踪小型非AIS船舶导致的噪声监测空白，开发了一种计算高效的声学检测框架，能准确识别所有船舶噪声并量化其对声景的额外噪声贡献及声学生境丧失。应用该技术对加拿大不列颠哥伦比亚省沿海五个站点一年的水听器数据分析显示，检测准确率达96.4%，揭示了船舶噪声对虎鲸等海洋哺乳动物通信频段（0.5–15 kHz）的显著影响（最高46.9%声学空间丧失），为区域生态系统噪声管理提供了首个实证基准。

　　

海洋生态系统正面临日益严重的船舶噪声污染挑战。随着全球航运业发展，水下辐射噪声（Underwater Radiated Noise, URN）已成为海洋环境中主要的人为声源，对海洋哺乳动物如虎鲸（Orcinus orca）造成行为干扰、应激反应和声学掩蔽等多重影响。尤其值得注意的是，约70-85%的小型船舶未装备自动识别系统（AIS），导致传统监测手段存在显著盲区。加拿大不列颠哥伦比亚省（BC）作为拥有复杂海岸线的生态敏感区，其海域既是濒危物种关键栖息地，又是繁忙航运通道，亟需建立精准的噪声影响评估体系。

针对这一科学难题，国外研究团队在《Marine Pollution Bulletin》发表重要成果。研究团队开发了一套基于声景熵分析的计算框架，通过部署在BC省五个典型海域的水听器网络（采样率64/128 kHz），对船舶噪声进行全年监测。关键技术包括：1）基于频谱熵（80-1000 Hz）的船舶噪声检测算法（阈值H_T
=0.6）；2）自然声景重建与超额噪声（ΔdB）量化方法；3）虎鲸通信频段（0.5-15 kHz）声学空间丧失（LSR）计算模型，采用N=15的标准化传播损耗系数。

研究结果揭示：船舶噪声检测方面，框架在跨站点验证中达到96.4%平均准确率，且对天气条件和生物噪声具有强鲁棒性。噪声影响量化显示，SS-1站点（邻近温哥华港）船舶噪声年出现率高达85%，500 Hz十倍频程带平均超额噪声达6.4 dB；而偏远站点NC-1相应数值仅为24%和1.0 dB。时序分析表明，所有站点夏季昼间噪声影响最显著，其中SS-1在8月出现90%的极端LSR值。

创新性发现包括：1）首次实证证实非AIS船舶对区域噪声预算的显著贡献；2）揭示船舶噪声频谱特征存在地理差异，商业港口附近低频（80 Hz）噪声更突出；3）建立声景熵与船舶活动的普适性关联，验证了人类噪声是浅海环境中唯一持续性低熵声源的假说。

该研究为海洋噪声管理提供了三大突破：方法学上，实现无需AIS数据的全船舶噪声监测；应用层面，首次给出BC省区域尺度的噪声基线数据；管理价值方面，提出的ΔdB和LSR指标可直接支持生态保护政策的制定。特别是对虎鲸等发声物种，46.9%的声学空间丧失量化结果为船舶限速区划等保护措施提供了科学依据。这项技术框架的普适性使其可快速部署于全球其他海域，为践行"海洋十年"的声景保护目标提供关键技术支撑。