2016年臺灣地球科學聯合學術研討會

2016/5/20

近海與海岸環境 Land-Ocean Interactions in the Changing Coastal Zones of Taiwan:
Scientific Basis and Societal Engagements

應用非監督式分類方法調查海洋聲景的時空變化

林子皓
國立台灣大學生態學與演化生物學研究所

海洋聲景由環境音、動物聲音與人為噪音所組成,是由各種水下聲音所構築而成的音響環境。環境音可能來自於風浪、海流、地震等等自然事件,受到海床地形、水文的變化,聲音在各地傳播的路徑有所不同,進而塑造出獨特的音響環境。動物音主要來自於海洋動物發聲,也可能來自動物移動過程或水面活動伴隨發出的聲音。動物音具有高度複雜的變異性,以鯨豚和魚類為例,不同種的聲音特徵有所差別,但同種的聲音卻也有可能受到行為影響而有著不同的結構。海域的人為噪音則以船隻交通、海洋工程的噪音為主,依據接受強度的不同,噪音可能會使動物受到生理傷害、干擾行為、遮蔽溝通,長期暴露下也可能增加免疫壓力。因此,調查海洋聲景不只可以協助我們了解海洋環境特性、海洋動物的種類組成與活動特性,更可以了解人為噪音對海洋生態的影響。近年來隨著水下技術的發展,國際上開始廣泛應用自動錄音機收集長時間水下錄音調查海洋聲景的時空變化。然而目前仍缺乏完整資料庫辨認各種聲音,也難以利用人工分析巨量錄音,因此阻礙了海洋聲景生態學的發展。本研究運用資訊分析技術,解析海洋聲景的事件組成,以進一步了解海洋環境與生態的動態變化。在野外取回水下錄音之後,計算每五分鐘水下錄音的平均功率頻譜,以壓縮大量的錄音資料,並將一系列的平均功率頻譜組合成長期時頻譜圖做為視覺化分析海洋聲景的基礎資料。此外,將每五分鐘的平均功率頻譜作為分析參數,經過多變數分析方法減少特徵向量的維度之後,利用區分資料在多重維度空間內的分佈叢集,作為非監督式分類海洋聲景事件的分析架構。本研究應用自行開發的演算法分析苗栗中港溪口附近海域的水下錄音資料,結果顯示海洋聲景的事件組成在以泥沙底質為主的河口海域以及礁石為主的人工魚礁附近有明顯的結構性差異。海洋聲景在河口海域以較為安靜的環境音、以及夜晚出現的石首魚群鳴唱為主,但在人工魚礁附近則是以吵雜的槍蝦聲音、以及傍晚過後出現的低頻魚群鳴音為主要的事件。透過視覺化分析海洋聲景事件組成的時序變化,將可協助海洋生態研究人員進一步了解各地的海洋動物群聚組成與生態系統的動態變化,並提供海洋生態保育經營的重要基礎資料。

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