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海下科技研究所海下音傳實驗室
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海洋音傳研究

海洋音傳研究

    本實驗室在海洋音傳研究上主要聚焦於探討聲波受海洋物理環境作用之二/三維傳播效應,長期研究南海與台灣東北海域之音傳現象,南海為內波活躍地區,同時也是現今世界上熱門的軍事與科學研究焦點,從過去的研究計畫與成果發現南海除了有大振幅內波經常性通過以外,東北區域大陸坡上(Continental slope),存在有由非線性內波引起的沙丘群(Sand dunes),其尺度度可達16米高及350米寬,無論是非線性內波、大陸斜坡地形、或沙丘群均對聲波傳遞(Sound Propagation)影響極大。此研究針對南海內波與大陸斜坡交互作用區以及東北區域界定沙丘存在的可能地點,研究種種真實存在的海洋物理現象對於音傳物理特性與應用層面的衝擊,研究方法包括理論分析、模擬計算、以及實驗量測,結合理論與模式之結果討論各海洋物理條件下之音傳物理特性、聲能之空間分佈結構與模態耦合情況,研究成果可實際運用於水下偵測、定位、以及通訊方面,成為未來南海區域音傳研究與實海域量測的參考依據之一,更可作為未來反算研究之立基。

    在此研究方向上,長期與美國NPSWHOI、與APL等單位合作,已建立密切的國際合作聲學研究關係。包含在2012年至2015年間參與南海沙丘國際合作研究,主要進行南海沙丘海域之海洋與聲學探測及研究,在此國際合作研究中連續4年擔任航次領隊,搭乘海研二號與海研三號至南海進行沙丘地形、沙丘海域底質、以及音傳探測。1為實驗過程留影,22012年至2013年間對於南海海床沙丘地形之探測測線與結果,此探測結果成為後續聲學實驗與研究之重要基礎。

          

 
1、南海沙丘海域國際合作聲學實驗之錨碇佈放過程

 

 

2012

2013

22012-2013年間對於南海海床沙丘地形之探測測線與結果

接著於20165-6月間規劃並執行一國際合作海上實驗,擔任海研三號航次領隊,國外參與單位包含NPSWHOI、以及APL。本實驗經台大貴儀之技術支援,在東沙島之東邊與北邊佈放了共5串錨碇串,分別紀錄聲學及海洋環境資料,並以自行開發之中低頻拖曳式聲納陣列系統作為聲源,收集了許多寶貴的實驗資料。過去在東沙島附近之聲學實驗大多屬生物聲學實驗,實驗區域較小且大多位於東沙環礁內,本實驗為我國第一個在東沙島附近執行的中尺度國際合作聲學實驗,無論實驗本身或實驗資料都彌足珍貴。34為此次實驗之實驗過程以及國際團隊合照留影。

32016年東沙島海域國際合作聲學實驗之錨碇佈放過程

42016年東沙島海域國際合作聲學實驗之實驗團隊合影

 

研發成果

    此研究成果於2013年初發表於Journal of Acoustic Society of America (JASA)上,題目為“Enhanced nonlinear acoustic mode coupling resulting from an internal solitary wave approaching a shelf break”,本論文是國際上第一篇針對斜坡邊緣地形與內波交互作用環境之音傳效應進行討論的論文,由於台灣周邊海域(尤其是南海、西南海域、與東北海域)均存在有大坡度之斜坡邊緣地形,也有大量內波,本篇論文之研究成果可分析預估其聲學模態耦合情形,對於該類型海域之聲學應用有貢獻與參考價值。此外,以南海沙丘地形為基礎進行海床沙丘之音響效應研究,於2013年及2015年共在Journal of Acoustic Society of America (JASA)上發表兩篇期刊論文,題目分別為“Acoustic mode coupling due to subaqueous sand dunes in the South China Sea”和“Resonant interaction of acoustic waves with subaqueous bedforms: Sand dunes in the South China Sea”,兩篇文章分別就沙丘波高與沙丘波長討論其聲波模態耦合作用。由於國際上尚無其他關於沙丘聲學效應之具體研究成果被發表,此沙丘聲學共振效應之研究成果可準確預估聲學模態耦合狀況,亦即可準確預估沙丘環境中之聲能結構,對於水下定位、偵測、以及通訊之運用均有幫助。

具體應用績效

    由於南海為重要經濟與戰略海域,此音傳效應研究之研發成果,可應用於提升我國對於在南海使用聲學系統之掌握度,並可應用於提升我國海軍之偵潛與防衛戰力。

n 在南海環境探測上─藉由實驗量測獲得了南海東北陸坡區之海床沙丘分布狀況以及其變動狀況。

n 在設備發展上─自行開發之聲學系統均實際應用於海上實驗,無論在沙丘音傳實驗,或在東沙島附近海域,均用以完成許多音傳實驗,獲得了自400Hz7kHz之中低頻聲學資料,有效音傳距離可達10公里。