集装箱船水下噪声强度与船舶设计，运行条件和海洋环境之间的关系外文翻译资料

英语原文共 10 页

SUBJECT AREAS:

PHYSICAL SCIENCES

ENVIRONMENTAL SCIENCES

ECOLOGY

APPLIED PHYSICS

Received

13 November 2012

Accepted

9 April 2013

Published

2 May 2013

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should be addressed to

M.F.M. (megan.

mckenna@gmail.com)

集装箱船水下噪声强度与船舶设计，运行条件和海洋环境之间的关系

Megan F. McKenna，Sean M. Wiggins和John A. Hildebrand

加州大学圣地亚哥分校，斯克里普斯海洋研究所8635 Kennel Way La Jolla，CA 92093-0205。

低频的海洋环境噪声主要来源于商船发出的噪声，但是对于特定船舶的噪声强度预报仍需要进一步的研究。本研究开发并评估了几套基于船舶设计参数，运行条件和海洋环境的集装箱船噪声预报统计模型。使用了500条船舶航行轨迹和19个协变量来构建广义相加模型。使用海底声学记录仪收集随机航行在加利福尼亚州近海区域船舶的声学信息。根据运行条件的不同，船舶的宽频声源强度范围在5-10 dB之间。对于不同速度行驶的同一艘船舶，多次测量结果显示速度较服务航速降低65％（8节）时，累计噪音最低。具有最准确预测能力的一套统计模型，按选择顺序包含了以下参数，船舶运行速度，船舶尺度和时令。声源深度和声音传播的不确定性会影响模型的适用性。这些结果提供了集装箱船在何种情况下会产生更高水平水下噪声的认知。

海洋运输是海洋中低频噪声的主要来源^1–3，特别是在主要航运地区，北半球。在低于300Hz的频率下，远洋运输^4–6会导致环境噪声水平提高15-20dB。船舶水下噪声是一种来自标准船舶操作的不可避免的副产品，主要来自螺旋桨空化⁷。人们对这些噪声强度上升对海洋生物的影响表示关注^8–11。然而，如何预测某一地区船舶的噪声强度以及可能导致噪声强度增加的特定条件仍然未得到充分探索。

圣巴巴拉海峡（SBC）位于加利福尼亚州南部海岸（图1），是一个商业船只交通密集的地区，指定的航道上，平均每天有18艘船舶过境¹²。两个主要港口，Hueneme港和洛杉矶长滩港（POLA），为通过SBC的船只提供服务。POLA是北美第二繁忙的港口，直到最近，这两个港口与估计有75％的驶离船只及65%的到达船只会航行通过SBC¹²。集装箱船作为本文

Figure 1 | Map of SBC, a region off the coast of southern California (inset). The location of the HARP (34u16.6179N and 120u01.4929W), AIS receiving station (34u24.59N and 119u52.79W), north and southbound shipping lanes (dashed lines), and 100m bottom contours are shown. The map was created using Matlab- Mapping Toolbox.

研究的重点，是一类特殊的大型商用船舶，设计用于装载集装箱货物（图2），代表了一种高效的运输系统。这种船舶尺寸大速度快，在港时间相对较短，用于运输靠近90％的普通货物¹³。从此区域来看，集装箱船占了商船的绝大多数¹²;在全球范围内，它们占商业船队的22％¹³。集装箱船于20世纪50年代开始出现，自1990年以来，集装箱贸易增长了5倍（任何船型中增长最快的）。在本研究中，我们收集了SBC中过境集装箱船的海底声学测量信息，以确定哪些变量（设计参数，运行条件和海洋环境）与测量到的水下噪声强度有关。

船舶设计特征（例如长度，总吨位），运行条件（例如速度）以及在每条船舶航行轨迹上收集到的其海洋环境条件（例如月份，波浪高度）被用作协变量以开发统计模型以建立船舶水下噪声于这些变量之间的关系。使用19个协变量建立了用于宽频声源（20-1000Hz）强度估计和五个低频倍频程的统计模型，以判断预测值能否解释噪声强度，变量与噪声强度之间的关系是否明显，以及确定不同变量的影响因子。同一船舶在不同航行路线下所发出的噪声强度是否一致也在评估范围内。这项研究的结果为集装箱船这种全球范围内活动持续增长的相对较新船型，提供了会导致其产生噪声强度增加的有关船舶设计参数和海洋环境的详细信息¹³。

Figure 2 | Photograph of container ship transiting the SBC (credit J. Calambokidis, Cascadia Research).结果

根据长期声学记录接收电平（RL）和使用源 - 接收器范围的自动识别系统（AIS）数据的简单传输损耗模型估算593个集装箱船运输的源水平（SL）。百分之四十五的被测船只进行了两次或多次过境，5％有四次或多次过境（图3）。使用一套操作和海洋协变量（表1）来预测这29艘船的SL，单个船舶识别未被选为协变量，因此，没有改善任何一个的广义相加模型（GAM）结果中解释的偏差。建模的频段。大型船舶具有较高宽带SL的情况略有增加;然而，在某些情况下，单个船舶的SL变化5-10 dB（图3）。根据这些结果，每个船舶运输被认为是一个独立的事件，并且船舶识别不包括在进程模型中作为协变量。

通过增加操作和海洋学协变量，所有统计模型在解释的偏差方面得到显着改善。具体而言，使用仅具有设计预测因子的最佳拟合模型所解释的偏差绝不会大于25％。当包括操作和海洋学协变量时，解释了SL的可变性增加到39％以上。对于宽带最佳拟合模型（56％），偏差解释最高，并且通常随着频带的增加而减小（表2）。

在所有频带模型中，操作变量，船速（SPD）被包括作为协变量，并解释了SL中的最大变化（表2;图4）。模型中的附加设计，操作和海洋学协变量以及相对重要性根据频带而变化。最佳拟合模型中包含的协变量数量范围为4到8;较低频段的模型包括更多的协变量，并且通常在SL中具有更高的解释偏差。

在所有频段中，选择船舶尺寸（全部（LOA）或总吨位（GT）的长度）作为协变量来预测SL（表2）。船长LOA是较低频段的重要设计协变量，而GT是较高频段的重要设计协变量。对于124和250 Hz型号，当船舶基于GT的时间比预期短时，SL预测值更高。对于63 Hz频段，当船舶的马力（HP）大于基于GT的预期时，预计会出现更高的SL。包含海洋学协变量的方式因频带模型而异（表2）。在所有频带模型中包括测量的月（MTH）作为协变量;最合适的车型预测春季SL会更高。对于较低频率模型（16和31.5 Hz）和宽带模型，包括波高和电流方向作为SL的预测值。随着波浪高度的增加以及当海面电流与船舶行进的方向相反时，预测到了更高的SL。对于更高频率的最佳拟合模型，海洋表面条件的协变量不包括在协变量中。

在一些频带模型中，海底记录仪（RAN）的范围和到另一艘船的距离（OTH）被选为最佳拟合模型中的协变量（表2）。例如，在124Hz模型中，距离HARP更近的船舶具有更高的预测SL。对于以250和500Hz为中心的倍频带和宽带模型，音调的存在导致更高的预测源水平。10％的被测船只存在窄带音调（图5）。

讨论

这项研究的结果揭示了商业海运船舶的低频噪声如何与描述船舶通道的一套协变量相关。该研究的统计方法提供了评估可能的协变量以预测水下噪声的框架。协变量根据分析的频带而不同;然而，所有模型都包括速度和船舶尺寸的测量，证实了早期研究预测更快和更大船舶的更高噪声水平^7,14,15。

195

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船舶识别号码（长度[m]）

估计的来源级别

[dB re1mu;Pa2@ 1 m（20-1,000 Hz）]

Figure 3 |

资料编号：[5317]

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