Printer Friendly

POVANDENINIO TRIUKSMO PASISKIRSTYMO MODELIAVIMAS LIETUVOS BALTIJOS JUROS TERITORIJOJE.

Santrauka. Juros gyvunu buveines, esancios jurineje aplinkoje, gali buti apibudintos pagal joms budinga garsovaizdi. Juros gyvunai povandeninius garsus naudoja siekdami orientuotis aplinkoje, poruotis, bendrauti bei justi (Hildebrand 2009). Antropogenines ?mogaus veiklos nuolat spinduliuoja povandenini triuk?ma i ?ia aplinka. ?ios veiklos apima: komercine laivyba, seisminius dugno tyrimus, gamtiniu i?tekliu ?valgyba, karine ?valgyba bei minu med?iokle, ?uvininkyste, rekreacija bei uostu pletra. ?emo da?nio juostose triuk?mingiausios antropogenines veiklos yra komercine laivyba bei seisminiai juros dugno tyrimai (MMC 2007). Europos Sajungos Juru strategijos pagrindu direktyvos ir Lietuvos Respublikos juros aplinkos apsaugos istatymo nuostatos apibre?ia povandenini triuk?ma kaip neigiama fizini trikdyma bei neigiama poveiki juros aplinkai. Europos Komisijos sprendimo ES/2010/477 nuostatose numatyta, jog nuolatinio triuk?mo juroje vertinimas gali buti atliktas stebint triuk?mo kitimo tendencijas stebejimo stotyse ir (arba) remiantis matematiniais modeliais. Yra ?inoma, kad vienas i? pagrindiniu ir svarbiausiu triuk?mo ?altiniu LR Baltijos juros teritorijoje yra komercine laivyba. Klaipedos universitete, pradejus povandeninio triuk?mo tyrimus, atsirado poreikis kartografuoti povandeninio triuk?mo, kuri sukelia juroje esantys laivai, pasiskirstyma. ?iame straipsnyje pristatomi metodai, kurie buvo taikyti eksperimentiniam povandeninio triuk?mo modeliui sukurti, bei pirmieji rezultatai, apskaiciuoti panaudojus 2015 m. automatines identifikavimo sistemos duomenis.

Reik?miniai ?od?iai: Baltijos jura, laivyba, fizine tar?a, povandeninis triuk?mas, modeliavimas.

Ivadas

Povandeninio triuk?mo kartografavimas (modeliavimas) gali buti atliktas, jei yra: 1) apskaiciuojami duomenys apie laivu tanki tam tikroje teritorijoje, 2) ?inomi atskiru laivu generuojamo triuk?mo lygiai bei 3) ?inomi garso sklidimo nuostoliai, kurie yra aktualus atkarpoje tarp atskiru laivu bei matavimu stociu, iskaitant ju numanomus gylius (Urick 1983). ?iuo metu yra ?inoma nema?ai sudetingu fizikiniu povandeninio triuk?mo modeliu (Jensen et al. 2011; Carey, Evans 2011; Etter 2012), taciau supaprastintu priemoniu, skirtu povandeniniam triuk?mui modeliuoti bei aplinkos buklei vertinti, vis dar yra nedaug (Erbe et al. 2012). ?iuo tikslu Klaipedos universitete buvo pradetas kurti supaprastintas povandeninio triuk?mo modelis, kuri taikant galima prognozuoti laivu sukeliamo triuk?mo lygius erdveje, pasitelkiant jau turima kitu ?aliu patirti (Erbe et al. 2014; Gervaise etal. 2015; Simard et al. 2016). ?io modelio programavimas buvo suskirstytas i 3 etapus: 1) programinio modulio, skirto automatines identifikavimo sistemos (AIS) laivu registravimo duomenims apdoroti bei laivu triuk?mo lygiams (GSL) tiriamoje vietoveje apskaiciuoti, sukurimas; 2) modulio, skirto triuk?mo lygiu vidurkiams apskaiciuoti duomenu tinklelyje (100x100 m), iskaitant sklindanti i kaimyninius langelius triuk?ma bei kai kuriu aplinkos veiksniu--vejo ir lietaus--triuk?mo indeli, sukurimas bei 3) papildomo modulio sukurimas, kuris leistu apskaiciuoti triuk?mo statistinius duomenis (sukauptuju da?niu lau?tes, tankio funkcijas, histogramas ir procentiles) norimose vietovese bei atvaizduoti rezultatus ?emelapiuose naudojant duomenu tinkleli. ?io tyrimo tikslas yra apibendrinti bei aptarti metodus, kurie buvo taikyti kuriant modeli, pristatyti sukurto modelio veikimo principa bei pirmuosius eksperimentinius rezultatus, kurie buvo gauti panaudojus AIS 2015 m. duomenis.

Metodika

1. Modelio veikimo schema

Povandeninio triuk?mo modeliavimas buvo atliktas MATLAB[R] kompiuterines programos aplinkoje. Triuk?mo lygiams skaiciuoti buvo sukurti trys atskiri moduliai, kurie atliko tokius modeliavimo ?ingsnius: 1) skaiciavo triuk?mo lygius kiekvienoje laivu pozicijoje; 2) skaiciavo nuo ?iemos-vasaros sezono, juros gylio bei garso bangos ilgio priklausoma triuk?mo sklidima, itraukiant ma?o gylio atkirtimo da?nio bei ?emo da?nio korekcijas; 3) apskaiciavo triuk?mo lygiu vidurkius bei statistinius duomenis langeliuose bei erdvini duomenu tinkleli toliau apdoroti (kartografuoti).

Logine veiksmu seka, kuria sudaro duomenu surinkimas i? duomenu baziu, ju apdorojimas, matematiniu skaiciavimu atlikimas bei tolesnis apdorojimas (angl. post processing), atvaizduota modelio veikimo principineje schemoje (1 pav).

2. Laivu triuk?mo lygiu skaiciavimas

Automatines identifikavimo sistemos duomenims apdoroti buvo para?yti du atskiri moduliai, kurie turimus laivu duomenis sugrupavo bei susistemino.

I?analizavus prieinamus matematinius algoritmus, kuriuos pritaikius galima apskaiciuoti laivu generuojamus triuk?mo lygius (Scrimger, Heitmeyer 1988; Urick 1983; Wittekind 2014), bei atsi?velgiant i laivu duomenu prieinamuma interneto duomenu bazese, buvo atrinktas tinkamiausias, Breeding ir kt. (1996) autoriu sukurtas algoritmas, kuris apskaiciuoja laivu triuk?mo lygius, i?rei?kia juos laivu ilgiu bei ju greiciu funkcijomis. Modelis buvo u?programuotas apskaiciuoti laivu triuk?mo lygius (GSL) kiekvienoje AIS sistemos fiksuotoje erdvineje koordinateje. ?is algoritmas apra?ytas toliau:

Ls = Lso (f) + 60Lg(v/12)+20Lg(ls/300)+dfxdl+3,0, (1)

cia Ls--individualiu laivu triuk?mo lygis, v--laivo greitis mazgais, ls--laivo ilgis pedomis, Lso (f) =

kai f < 500 Hz:

Lso (f)=-10Lg([10.sup.-1,06 Lgf-14,34] + [10.sup.3,32 Lgf-21,21425);

kai f > 500 Hz:

[mathematical expression not reproducible]

Prie apskaiciuotu povandeninio triuk?mo lygiu pridedama ?emo da?nio korekcija (did?iausioji verte):

[mathematical expression not reproducible] (2)

cia f--da?nis, z--triuk?mo ?altinio gylis, [theta]--kampas tarp hipotetines matavimu stoties ir horizontales, statmenos triuk?mo ?altiniui (Ainslie 2010). Taikomas algoritmas buvo palygintas su algoritmu, sukurtu Vokietijoje autoriu Wittekind ir kt. (2014). Algoritmu palyginimas pateiktas 2 pav.

3. Garso sklidimo skaiciavimas

Del salygi?kai seklaus LR Baltijos juros dalies gylio (Baltijos juros vidutinis gylis ~54 metrai (Lepparanta, Myrberg 2009; Seifert et al. 2001) garso sklidimas LR Baltijos juros dalyje ypatingas tuo, kad tolimesniais atstumais sklindancios garso bangos yra absorbuojamos aplinkoje labiau, lyginant su giliomis jurinemis vietovemis, o tam tikrais da?niais yra sutelkiamos bangona?oje bei sklinda perne?damos didesne energija nei iprasta tais da?niais (Lurton 2010). Taip pat del rytinei Baltijos juros pakrantei budingu hidrofiziniu savybiu ?iemos sezonu garso bangos sklinda perne?damos daugiau energijos, palyginti su vasaros sezonu ?iose teritorijose (Klusek, Lisimenka 2016). Garso sklidimo nuostoliams apskaiciuoti buvo suprogramuotas atskiras modulis, skaiciuojantis garso sklidimo nuostolius sekliuose vandenyse, taikant algoritmus, sukurtus Ainslie ir kt. (2014), skirtus sferiniam, modaliniam (angl. "mode stripping") bei cilindriniam garso sklidimui. Garso sklidimo vandens storymeje schema, pagal kuria modulis apskaiciuoja garso sklidimo nuostolius, esant skirtingiems gyliams, pateikta 3 pav.

Garso bangu sklidimo modulis buvo suprogramuotas garso sklidimui skaiciuoti dvejais etapais: I--skaiciuojant sferini sklidima II--skaiciuojant modalini arba cilindrini sklidima kur lu?io ta?kas tarp sferinio ir modalinio (arba cilindrinio) sklidimo apskaiciuojamas pagal formule:

[r.sub.t] = [H/2tan[beta][degrees]], (3)

cia [r.sub.t]--lu?io ta?kas, H--vandens gylis, ([beta][degrees]--?lyciu kampas (efektyvus kampas) tarp garso bangos sklidimo krypties bei terpes ribu (Lurton 2010). Kampas ([beta][degrees] apskaiciuojamas pagal formule:

[beta][degrees] = arccos([c.sub.1]/[C.sub.2]), (4)

cia [C.sub.1]--garso greitis vandenyje, [C.sub.2]--garso greitis dugno sedimentuose (smelyje) (Jensen et al. 2011).

Sferinis sklidimas skaiciuojamas pagal:

[mathematical expression not reproducible] (5)

cia r--atstumas, [r.sub.0]--referencinis atstumas (1 m), k--bangos numeris, z--triuk?mo ?altinio gylis (6,1 m), D--priimtuvo gylis (1/2 vandens gylio).

Modalinis sklidimas skaiciuojamas pagal:

[mathematical expression not reproducible] (6)

cia [eta]--santykine konstanta, skirta smelio bei dumblo dugnui 0,3 Np/rad (Ainslie et al. 2014). Garso sklidimo rezultatai, apskaiciuoti taikant ?i modeli, buvo palyginti su ypac tikslaus RAMGEO "Paraboliniu skaiciavimu" modelio skaiciavimu rezultatais, kurie pateikti 4 pav.

Garsovaizd?iui atvaizduoti erdveje modulis buvo u?programuotas apskaiciuoti garso sklidima aplink kiekviena triuk?mo ?altinio koordinate erdveje 32-omis azimutinemis kryptimis, esant azimutiniam kampo pokyciui A6 kas 11,25[degrees] (360/[DELTA][theta]), taikant metoda pana?u i 2D x N metoda (Jensen et al. 2011; Zykov et al. 2012). Azimutinemis kryptimis (~37 000 metru kiekvienai azimutinei krypciai) kiekviename ?ingsnyje (kas 300 metru) buvo atliekama logine logaritminiu skaiciavimu reik?miu suma, sudarant garso slegio lygiu reik?miu masyva da?niu diapazone nuo 0,01-10 kHz (kiekvienos 1 Hz bangos plotyje), priklausanti nuo dugno batimetrijos (?r. 3 pav).

Vietovese, kur vandens gylis sekleja, apskaiciuotoms triuk?mo reik?mems buvo pritaikytas "atkirtimo da?nio" (da?nis, ?emiau kurio garsas vandenyje nesklinda del bangos ilgio ir vandens gylio neigiamo santykio) filtras, kuris yra i?reik?tas formule:

[mathematical expression not reproducible] (7)

cia [f.sub.c]--atkirtimo da?nis (Au, Hastings 2008).

Vandens gyliams skaiciuoti buvo panaudotas dugno batimetrijos ?emelapis (kurio tinklelis ~4,5x4,5 km), sukurtas Seifert ir kt. (2001).

Triuk?mo sklidimo salygos vandenyje ?iemos ir vasaros sezonu skiriasi. ?iema del at?alusio vandens pavir?iniu sluoksniu garso bangos yra "pagaunamos" i pavir?ine ?iemos bangona?a. Taciau garso bangu, kurios sklinda bangona?oje, da?niu diapazonas yra priklausomas nuo vandens gylio. ?i priklausomybe modelyje apskaiciuojama pagal formule:

[mathematical expression not reproducible] (8)

cia f--efektyvus garso bangos sklidimo da?nis ?iemos sezonu (Jensen et al. 2011). Vasaros ir ?iemos sezoni?kumas buvo nustatytas i?analizavus garso greiciu sezoninius matavimu rezultatus, kuriuos pateike Lietuvos saugios laivybos administracija. Garso bangu ?iemos sklidimas vyksta tuomet, kai garso greicio gradientas sudaro > 0,125 [s.sup.-1] (0,125 m/s pokytis per 1 m gylio, pagal Sertlek et al. 2016). Kitais sezonais garso bangu sklidimas buvo prilygintas vasaros sezono sklidimui. Garso bangu ?iemos sezono sklidimas taikant modeli apskaiciuojamas pagal formule (Ainslie et al. 2014):

[mathematical expression not reproducible] (9)

Tyrimais nustatyta, jog laivu sukeliamo triuk?mo sklidimas vandens terpeje turi tam tikra kryptinguma (Urick 1983). Tam, kad galima butu atspindeti kiekvieno laivo triuk?mo sklidimo kryptinguma, laivo triuk?mo sklidimui modeliuoti buvo pritaikyta teorine pataisa, kuri yra i?reik?ta interpoliuotais garso sklidimo koeficientais (santykiu tarp did?iausios triuk?mo lygio reik?mes, laivo ?onuose bei likusiu reik?miu), taikomais kiekvienai azimutinei krypciai, pagal 2,5-5 kHz da?niu diapazono teorini prekybinio laivo triuk?mo sklidimo kryptinguma (Urick 1983; Medvin, Clay 1998).

4. Triuk?mo duomenu statistika bei kartografavimas

Treciasis modulis buvo suprogramuotas atlikti laivu triuk?mo lygiu bei ?iu laivu generuojamo triuk?mo sklidimo numatytais atstumais skaiciavimus bei gautas ju vertes pateikti duomenu masyve, t. y. duomenu erdviniame tinklelyje, kurio kiekvieno 100x100 m langelio centras yra hipotetines matavimu stoties vietove. Kiekvienoje hipotetineje matavimu stotyje buvo apskaiciuoti logaritminiai triuk?mo duomenu vidurkiai. Triuk?mo lygiu vidurkiai langeliu centruose buvo apskaiciuoti numanant, jog kiekvienas triuk?mo ?altinis yra cilindro (cilindras--numanomas vandens turis, kuriame sklinda garso bangos bei kuris juda laivo judejimo kryptimi) pavir?ines plok?tumos centre, o povandeninis triuk?mas sklinda tolyn nuo triuk?mo ?altinio atstumu Ar, visomis kryptimis cilindre, kurio vir?utine plok?tuma padengia tam tikra langeliu skaiciu. ?is triuk?mo lygiu vidurkis yra matematinis vidurkis tarp ilgiausiai bei trumpiausiai triuk?mo veikiamu langeliu reik?miu, apskaiciuotas pagal formule:

[mathematical expression not reproducible] (10)

cia GS[L.sub.vid]--garso slegio verciu vidurkis, GS[L.sub.i]--sumuojamu garso slegiu vertes (Guyer 2009).

Duomenu analizei buvo apskaiciuotos histogramos dviejuose pasirinktuose langeliuose (vietovese): i?skirtineje ekonomineje zonoje (IEZ), kur yra intensyvesne laivyba--N55.692534[degrees], E20.266883[degrees]--bei teritorineje juroje--N55.914844[degrees], E20.906178[degrees](WGS), kur laivyba yra ne tokia intensyvi (vietove nurodo hipotetines matavimu stoties i?destymo vieta) (?r. 7 pav.).

Apskaiciuotos duomenu tinklelio vertes (kiekvieno langelio centre, kurio spindulys 50 m) buvo interpoliuotos bei atvaizduotos erdviniame ?emelapyje eksperimentiniais tikslais, taikant difuzines interpoliacijos (?ilumines interpoliacijos) metoda, programines irangos ARCGIS aplinkoje.

Rezultatai ir ju analize

Surinkti 2015 metu AIS sistemos stociu duomenys sudare 7,4 mln. laivu poziciju ira?u, kurie buvo registruoti 4 minuciu intervalu. ?ie duomenys buvo sugrupuoti pagal laivu pavadinimus bei unikalius laivu numerius, taikant atskirai sukurta moduli. Papildomi laivu duomenys--bruto registro tona?as (GT), laivo ilgis (m) bei laivu tipas--buvo surinkti i? internete duomenu baziu bei susisteminti ir sugrupuoti. I? viso buvo sugrupuota 2413 skirtingu laivu, kuriu judejimas buvo fiksuotas Lietuvos Respublikos Baltijos juros rajone (teritoriniuose vandenyse bei IEZ). Apdorojus duomenis modulyje, atmetant laivus, kurie stovi vietoje (laivu greiciai 0,0 bei 0,1 mazgu), navigaciniu irenginiu, ?emai skraidanciu objektu ira?us, bei ma?esniu nei 20 m ilgio pramoginiu (buriniu) laivu ira?us, liko 1,7 mln. judanciu laivu ira?u. ?iu laivu duomenu santrauka pateikta 1 lenteleje.

Atlikus pirmuosius laivu generuojamu triuk?mo lygiu skaiciavimus buvo gautas maksimalus laivu triuk?mo lygis, siekiantis 211,5 dB @1[micro]Pa, kuri sugeneravo krovininis (konteinerinis) 324,85 metru ilgio, 105 014 bruto registro tonu (GT) laivas, judantis 22 mazgu greiciu. Bendri laivu triuk?mo lygiu duomenys bei ju priklausomybe nuo laivu greiciu pateikti 5 pav.

I? gautu laivu triuk?mo ?altiniu duomenu matyti, kad jiems budinga eksponentine priklausomybe nuo laivu greiciu, nepriklausomai nuo ju ilgiu. Minimalus laivu triuk?mo lygis sieke 53,7 dB @1[micro]Pa (?emesnis nei gamtinis fonas), kuri sugeneravo specialios paskirties 10,3 metru ilgio, 9 bruto registro tonu (GT) laivas, judedamas 0,2 mazgu greiciu.

Atlikus laivu triuk?mo lygiu skaiciavimus, remiantis AIS duomenimis, buvo apskaiciuoti laivu generuojami triuk?mo lygiai LR Baltijos juros teritorijoje bei dviejose atrinktose vietovese--i?skirtineje ekonomineje zonoje bei teritorineje juroje buvo apskaiciuotos triuk?mo duomenu histogramos. ?ios dvi histogramos pateiktos 6 pav.

Duomenu histogramos rodo skirtinga duomenu statistini pasiskirstyma, kur histogramos yra multimodalines. Duomenu histograma, apskaiciuota i?skirtineje ekonomineje zonoje, ai?kiai rodo auk?tesnius triuk?mo lygius bei didesni ju imciu skaiciu. Duomenu histograma, apskaiciuota teritorineje juroje, rodo dideli ?emesniu triuk?mo lygiu imciu skaiciu, kuris rei?kia, jog ?iame langelyje buvo apskaiciuotas didesnis triuk?mo lygiu imciu skaicius, generuojamas tolumoje praplaukianciu laivu. Vidutiniai triuk?mo lygiai ?iose vietovese pasiskirste taip: i?skirtineje ekonomineje zonoje--107,37 dB; teritorineje juroje--95,76 dB @1 mikroPa. ?ie rezultatai gali buti preliminariai palyginti su naturiniu matavimu rezultatais, surinktais Lenkijos jurinese teritorijose, kur povandeninio triuk?mo lygiai esant 0,01-10 kHz da?niui vir?ijo ~100 dB, o kartais sieke ~120 dB @1 mikroPa lygi, esant laivybos intensyvumui 10-15 praplaukianciu laivu 5-15 km atstumu nuo matavimu stociu (Tegowski et al. 2016).

Apskaiciavus vidutines garso slegio lygio vertes kiekviename duomenu tinklelio langelyje, visas duomenu tinklelis buvo perkeltas i CSV (angl. Comma separated values) faila ir ARCGIS programines irangos aplinkoje sugeneruotas 2015 m. sausio menesio triuk?mo pasiskirstymo erdvinis ?emelapis. ?is ?emelapis pateiktas 7 pav.

I?vados

Atliekant povandeninio triuk?mo modeliavima buvo pasitelktas placiai taikomas laivu triuk?mo lygiu spektrinis algoritmas Breeding et al. (1996), leid?iantis prognozuoti laivu triuk?mo lygius. ?is algoritmas buvo parinktas atsi?velgiant i duomenu prieinamuma duomenu bazese bei jo sudetinguma. Rezultatai buvo palyginti su naujesniu algoritmu, kuris reikalauja daugiau kintamuju, tokiu kaip laivo varikliu skaicius, varikliu mase, sraigtu dydis, laivu grimzle. Taciau gauti rezultatai itin nenukrypo nuo palyginamojo modelio. Triuk?mo sklidimui skaiciuoti buvo suprogramuotas triuk?mo sklidimo modulis, naudojantis supaprastintus sferini, modalini arba cilindrini sklidimo algoritmus, kuriuos taikant skaiciuojami garso sklidimo nuostoliai priklausomai nuo sezono (vasara / ?iema), bangos numerio bei dugno batimetrijos nelygumu. Sklidimo rezultatai, apskaiciuoti vasara buvo palyginti su ypac tiksliu RAMGEO paraboliniu skaiciavimu modeliu, kuri taikant skaiciuojami garso sklidimo nuostoliai kiekvienam da?niui (1 Hz bangos plotyje). Gauti rezultatai itin nenukrypo nuo palyginamojo modelio, taciau buvo pasiektas trumpas skaiciavimu laikas placiame 0,01-10 kHz da?niu diapazone kiekvienam 1 Hz da?niui (9991 veiksmas kiekviename garso sklidimo ta?ke). Gauti rezultatai parode, jog pristatomas modelis gali buti taikomas aplinkos bukles stebesenai bei jai vertinti juroje, taciau turi buti patobulintas skaiciavimams atlikti standartinese EK 1/3 oktavos da?niu juostose (0,063, 0,125 bei 2 kHz) bei sukalibruotas panaudojant rezultatus, gautus atliekant naturinius matavimus juroje. Apskaiciuoti garso sklidimo rezultatai taip turi buti palyginti taikant kitus modelius ?iemos ir vasaros sezonais, pasirinkus iki 30 m gyli ir didesni kaip 30 m gyli (vir? termoklino / po termoklinu). Papildomai modelis gali buti tikslinamas naujesniais batimetrijos duomenimis, papildomomis garso sklidimo algoritmu dugno konstantomis ir gali buti didinamas modelio tikslumas, didinant skaiciavimu laiko sanaudas.

Padekos

Dekojame Lietuvos saugios laivybos administracijos personalui u? greita AIS sistemos duomenu suteikima.

Literatura

Ainslie, M. A. 2010. Principles of sonar performance modelling, Springer--Praxis, Chichester. 707 p., in C. Audoly, C. Rousset, T. Leissing. 2014. AQUO Project-Modelling of ships as noise source for use in an underwater noise footprint assessment tool, in INTER-NOISE and NOISE-CON. Congress and Conference Proceedings, Institute of Noise Control Engineering 249(7): 862-871.

Ainslie, M. A.; Dahl, P. H.; de Jong, C. A. F.; Laws, R. M. 2014. Practical spreading laws: the snakes and ladders of shallow water acoustics, in UA2014--2nd International Conference and Exhibition on Underwater Acoustics, 22-27 June, Rhodes island, Greece, 879-886.

Au, W. L.; Hastings, C. M. 2008. Principles of marine bioacoustics. Springer Science+Business Media. 679 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-78365-9

Breeding Jr, J. E.; Pflug, L. A.; Bradley, M.; Walrod, M. H. 1996. Research Ambient Noise Directionality (RANDI) 3.1 Physics Description (No.NRL/FR/7176-95-9628). Naval Research Lab Stennis Space Center MS. 37 p.

Carey, W. M.; Evans, R. B. 2011. Ocean ambient noise: measurement and theory. Springer Science & Business Media. 263 p. https://doi.org/10.1007/978-1-1419-7832-5

Erbe, C.; MacGillivray, A.; Williams, R. 2012. Mapping cumulative noise from shipping to inform marine spatial planning, The Journal of the Acoustical Society of America 132(5): 423-128. https://doi.org/10.1121/1.4758779

Erbe, C.; Williams, R.; Sandilands, D.; Ashe, E. 2014. Identifying Modelled Ship Noise Hotspots for Marine mammals of Canada's Pacific Region, PLoS ONE 9(3): e89820.

ES/2010/477 Europos Komisijos sprendimas del geros juru vandenu aplinkos bukles kriteriju ir metodiniu standartu.

Etter, C. 2012. Advanced applications for underwater acoustic modelling. Review article, Advances in Acoustics and Vibration 2012: 1-28. https://doi.org/10.1155/2012/214839

Gervaise, C.; Aulanier, F.; Simard, Y.; Roy, N. 2015. Mapping probability of shipping sound exposure level, The Journal of the Acoustical Society of America 137(6): 429-435. https://doi.org/10.1121/L4921673

Guyer, J. P. 2009. Fundamentals of acoustics. Continuing Education and Development, Inc Course No: M02-022. 31 p.

Hildebrand, J. A. 2009. Anthropogenic and natural sources of ambient noise in the Ocean, Marine Ecology Progress Series 395: 4-20. https://doi.org/10.3354/meps08353

Jensen, F. B.; Kuperman, W. A.; Porter, M. B.; Schmidt, H. 2011. Computational ocean acoustics. Springer Science & Business Media. 794 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-8678-8

Klusek, Z.; Lisimenka, A. 2016. Seasonal and diel variability of the underwater noise in the Baltic Sea, The Journal of the Acoustical Society of America 139(4): 1537-1547. https://doi.org/10.1121/L4944875

Lepparanta, M.; Myrberg, K. 2009. Physical oceanography of the Baltic Sea. Springer. 320 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-79703-6

Lurton, X. 2010. An introduction to underwater acoustics. Principles and applications, in Chapter 2--Underwater acoustic wave propagation. Springer. 724 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-13835-5

Medvin, H.; Clay, S. 1998. Fundamentals of acoustical oceanography. Academic Press. 739 p.

Marine mammal commission (MMC) 2007. Marine mammals and noise--a sound approach to research and management. A Report to Congress from the Marine Mammal Commission. 370 p.

Scrimger, P.; Heitmeyer, R. M. 1988. Acoustic source-level measurements for a variety of merchant ships (No. SACLANTCEN-SR-143). Saclant ASW Research centre La Spezia (Italija).

Seifert, T.; Tauber, F.; Kayser, B. 2001. A high resolution spherical grid topography of the Baltic Sea. 2nd ed., in Baltic Sea Science Congress, Stockholm 25-29 November 2001, Poster #147 [online], [cited 01 November 2015]. Available from Internet: https://www.io-warnemuende.de/topography-of-the-baltic-sea.html

Sertlek, H. O.; Binnerts, B.; Ainslie, M. A. 2016. The effect of sound speed profile on shallow water shipping sound maps, The Journal of the Acoustical Society of America 140(1): EL84-EL88. https://doi.org/10.1121/L4954712

Simard, Y.; Roy, N.; Gervaise, C.; Giard, S. 2016. Analysis and modelling of 255 source levels of merchant ships from an acoustic observatory along St. Lawrence Seaway, The Journal of the Acoustical Society of America 140(3): 2002-2018. https://doi.org/10.1121/L4962557

Legowski, J.; Koza, R.; Pawliczka, I.; Skora, K.; Trzcinska, K.; Zdroik, J. 2016. Statistical, spectral and wavelet features of the ambient noise detected in the southern Baltic sea, in 23rd International Congress on Sound and Vibration, 10-14 July, Athens, Greece, 1-6.

Urick, R. J. 1983. Principles of underwater sound. New York: McGraw-Hill. 423 p.

Wittekind, D. K. 2014. A simple model for the underwater noise source level of ships, Journal of Ship Production and Design 30(1): 7-14.

Zykov, M.; Matthews Marie-Noel, R.; Chorney, N. E. 2012. Underwater noise assessment. Central Coastal California Seismic Imaging Project. JASCO Applied Sciences. Scientific report. 121 p.

UNDERWATER NOISE MODELING IN LITHUANIAN AREA OF THE BALTIC SEA

D. Bagocius, A. Nar?cius

Abstract

Along with rising awareness of public and scientific societies about environmental and ecological impacts of underwater noise, the need for underwater noise modelling in the shallow Lithuanian area of Baltic Sea emerged. Marine Strategy Framework Directive issues regarding underwater noise indicators refers to possibility of evaluation of Good Environmental State using underwater noise measurements as well as possibility to model underwater noise. Main anthropogenic underwater noise contributor in the Seas is the shipping lanes as known due to date, with no exclusion of Lithuanian Baltic Sea area. In this manuscript, it is presented the methods of development of simplistic underwater ambient noise model purposed for computation of underwater soundscape in shallow area of the Lithuanian Baltic Sea.

Keywords: Baltic Sea, shipping, underwater noise, modelling.

Donatas BAGOCIUS (1), Aleksas NARSCIUS (2)

Klaipedos universitetas, Klaipeda, Lietuva

El. pa?tas: (1) donatas.bagocius@jmtc.ku.lt; (2) aleksas@apc.ku.lt

Caption: 1 pav. Modelio veikimo principine schema (punktyrais pa?ymetas planuojamas atlikti programavimas) Fig. 1. Principal diagram of the model developed (dotted chart marks planned modelling part)

Caption: 2 pav. Taikyto triuk?mo ?altiniu algoritmo spektriniu charakteristiku palyginimas su Wittekind (2014) algoritmu (triuk?mo ?altinis ro-ro laivas 25,993 GT, 20,4 mazgu greitis) Fig. 2. Comparison of the noise spectra of algorithm used with the algorithm by Wittekind (2014) (noise source Ro-Ro vessel 25 993 Gross tonnage, operating at 20.4 knots)

Caption: 3 pav. Garso sklidimo vandens storymeje schema, esant dugno batimetrijos pokyciui bei garso greicio skirtumams vandenyje bei dugno sedimentuose (z--triuk?mo ?altinio gylis, H--vandens gylis, r--atstumas) Fig. 3. Sound propagation computation schematics in the water column with the custom bathymetry and different sound speeds in water and sediments (z--source depth, H--water depth, r--horizontal distance)

Caption: 4 pav. Garso sklidimo nuostoliu palyginimas taikant moduli su Ainslie ir kt. (2014) algoritmais bei RAMGEO "Paraboliniu skaiciavimu" modeliu (6,1 m triuk?mo ?altinio gylis, 50 m juros gylis, 125 Hz da?nis) Fig. 4. Comparison of sound propagation loss computations: computed using Ainslie et al. 2014 algorithms and RAMGEO PE model (source level 6.1 m depth, 50 m sea depth, 125 Hz frequency band)

Caption: 5 pav. Laivu generuojamo triuk?mo bei greicio priklausomybe, apskaiciuota taikant Breeding et al. (1996) algoritma Fig. 5. Modelled ship source levels acquired using model by Breeding et al. (1996).

Caption: 6 pav. Triuk?mo duomenu histogramos, apskaiciuotos pasirinktose dviejose vietovese--i?skirtineje ekonomineje zonoje ir teritorineje juroje Fig. 6. Data histograms computed at two chosen locations of Lithuanian Baltic sea area

Caption: 7 pav. 2015 m. sausio menesio eksperimentinis, interpoliuotas laivu generuojamo triuk?mo verciu ?emelapis LR Baltijos juros teritorijoje (triuk?mo ?altiniu gylis ~6,1 m) Fig. 7. Modelled, experimental soundscape map of ship sources, interpolated using GIS software (source depths ~ 6.1 m)
1 lentele. AIS laivu duomenys (SN = standartinis nuokrypis,
tona?as--bruto registro tona)
Table 1. AIS ship data (SN--standard deviation, tonnage GT)

Laivu tipai   Laivu      Vid. ilgis,           Vid. tona?as,
              skaicius   m[+ or -]SN           t[+ or -]SN

Krovininiai   1621       133,7 [+ or -] 49,3   12057,1 [+ or -] 12850,0
Tanklaiviai    457       172,5 [+ or -] 95,3   26195,5 [+ or -] 23892,0
?vejybiniai     83        29,9 [+ or -] 11,6     257,9 [+ or -] 328,7
Kiti            97        46,8 [+ or -] 28,9    1379,0 [+ or -] 2339,8
Vilkikai        60        33,5 [+ or -] 13,4     688,8 [+ or -] 2258,3
ro-ro           41       165,4 [+ or -] 35,2   20689,6 [+ or -] 9973,4
Keleiviniai     34       198,8 [+ or -] 56,7   12251,0 [+ or -] 32158,0
?emsiurbes      20        77,6 [+ or -] 34,0    3180,0 [+ or -] 4063,9


Please Note: Illustration(s) are not available due to copyright restrictions.
COPYRIGHT 2017 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2017 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Author:Bagocius, Donatas; Narscius, Aleksas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Aug 1, 2017
Words:3870
Previous Article:PJEZOELEKTRINIO NANOKOMPOZITO NAUDOJIMAS ELEKTROS GAVYBAI.
Next Article:SPECIALAUS CIKLONO SU ANTRINIAIS SRAUTAIS AERODINAMINIU PARAMETRU TYRIMAI.
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2021 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters