臺(tái)風(fēng)條件下的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)一直是臺(tái)風(fēng)研究和預(yù)報(bào)的短板。浙江大學(xué)海洋學(xué)院林建民、方孫珂等利用海底光纜分布式聲學(xué)傳感技術(shù)（Distributed acoustic sensing，DAS）觀測(cè)臺(tái)風(fēng)“梅花”橫穿海底光纜期間的低頻背景噪聲，揭示了臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間近場(chǎng)低頻背景噪聲的時(shí)空演變特征及其與臺(tái)風(fēng)風(fēng)速、波浪、潮位變化之間的關(guān)系，成功反演了臺(tái)風(fēng)條件下的平均海流流速及流向以及海表波浪傳播變化（圖1）。近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications 在線發(fā)表了題為“Monitoring ocean currents during the passage of Typhoon Muifa using optical-fiber distributed acoustic sensing”的該項(xiàng)研究工作成果。

圖1 論文圖形摘要

浙江大學(xué)海洋觀測(cè)-成像研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)基于多學(xué)科交叉開(kāi)展包括臺(tái)風(fēng)在內(nèi)的水下遙測(cè)理論與方法研究。2022年9月臺(tái)風(fēng)“梅花”過(guò)境舟山群島，林建民等利用海底光纜（圖2）及國(guó)產(chǎn)DAS設(shè)備成功觀測(cè)到了臺(tái)風(fēng)“梅花”橫穿海底光纜期間激發(fā)的低頻背景噪聲（～0.08-0.38 Hz）。研究發(fā)現(xiàn)，該低頻背景噪聲信號(hào)主要源自海表波浪的直接壓力擾動(dòng)，其強(qiáng)度隨海底光纜所處的水深顯著減小，且信號(hào)頻譜峰值受到潮位變化的調(diào)制。研究進(jìn)一步通過(guò)分析低頻背景噪聲的頻率-波數(shù)譜特征，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間風(fēng)場(chǎng)對(duì)海表波浪傳播的主導(dǎo)作用，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于海底光纜DAS的平均海流（流速和流向）反演方法，成功獲取臺(tái)風(fēng)過(guò)境條件下海底電纜上方海流矢量信息（圖3）。

圖2 基于海底光纜DAS的臺(tái)風(fēng)“梅花”觀測(cè)試驗(yàn)

圖3 基于海底光纜DAS的平均海流測(cè)量結(jié)果與海表風(fēng)速變化對(duì)比

該論文利用海底光纜DAS獲取的低頻背景噪聲數(shù)據(jù)成功感知并量化了臺(tái)風(fēng)條件下海況信息，為臺(tái)風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)提供了一條不受天氣、海況影響的“水下觀測(cè)”新途徑。

本項(xiàng)研究工作得到浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和東海實(shí)驗(yàn)室科學(xué)基金等資助。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45412-x.epdf?sharing_token=hcjk_Xaci9eyrEL3WfbI5tRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0MgJgPR8lj6DEsEyYtST00hcKX4rSCEph1vytAWenjV8Qcu93cKInr5axWq5qYeiw44hEajPg_xPnmhVocTzDzvTNkh6-ff5Nb1EhP3-s9ZY1Opc8Uua43ei8kOHepy8aw%3D