海洋调查规范 第5部分：海洋声、光要素调查 编制说明

2 3（一）任务来源 3（二）起草单位 3（三）起草人员及分工 3（四）修订背景 5（五）主要工作过程 6 7（一）标准编制原则 7（二）确定标准主要内容的论据 8（三）修订的主要技术内容 16 21 21 22 223一、工作简况（包括任务来源、制定背景、起草过程等）《海洋调查规范》国家标准是我国海洋调查工作的重要依据之一，对规范调查工作和保证数据质量起着重要作用。《海洋调查规范》实施十多年来，随着海洋科技的发展，新技术、新方法、新仪器设备的出现，原有的技术要求、调查方法以及管理已不适应目前我国海洋调查事业发展的需要，有必要对2007年版《海洋调查规范》进行修订，使新的《海洋调查规范》适应当前及今后我国海洋调查事业发展的需要。《海洋调查规范》由12个部分组成，海洋声、光要素调查是该标准的第5部分，任务编号为20242530-T-418。自然资源部第一海洋研究所为第一起草单位，参加单位有自然资源部第三海洋研究所、国家海洋技术中心、自然资源部第二海洋研究所、国家卫星海洋应用中心和中国海洋大根据自然资源标准制修订工作计划要求，负责单位自然资源部第一海洋研究所联合科研院所、高校等单位组成编制单位，并成立了编制组，具体分工见表1和表2。41234567895海海洋综合调查与评价”专项和“全球变化与海气相互作用”等专项的支持下系统开展了我国近海和大洋海洋声、光要素调查，我国海洋声、光要素总体调查技术水平大幅提升。但是，《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》标准发展明显滞后，难以有效指导海洋声、光调查。主要表现在以下三个方面1）随着观测技术的发展，声、光要素测量手段、测量技术在不断更新，特别是近年来自主研发的“系列化”海洋声要素调查装备投入到海洋声场调查实践，实现了真正意义上的我国海洋声要素调查2）声、光调查数据处理方法随着研究的不断深入而不断完善3）当前，我国处于近代以来最好的发展时期，世界处于百年未有之大变局，新的声、光要素调查参数需求不断涌现，调查数据质量要求越来越高。特别是随着海洋强国强军战略的实施，海洋声光要素调查迫切需要从海洋声、光场考察和试验，向规模化、季节化的海洋声、光要素调查转变。为了适应海洋声、光要素调查的发展，亟需对现有GBT12763.5-2007声、光调查规范进行修改。标准的修订需要从调查内容、调查方法、调查设备、资6料处理和计量检校等方面进行更新换代，以规范后续的海洋声光调查，提高海洋声光要素调查数据的质量、完整性，并实现“寓军于民”的目标。1、前期研究《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》修订启动后，参与人员对国内外自2007年后的国内外海洋声光要素调查的进展情况进行了初步梳理，包括国内开展的相关专项调查、国际上的重要科学观测试验、国际和国内相关科学组织的标准规范修订、国内外的技术研发和科学成果等UNESCO（联合国科教文组织）、WMO（世界气象组织）、IOC（政府间海洋学委员会）、IOCCG（国际海洋水色协调工作组）等国际组织发布的技术报告，以及我国和美国、日本等国的相关标准及文献；认真研究了各类声、光要素海洋调查和观测仪器设备的技术文件，确定《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》修订工作技术水平应取的基点。通过对以上资料的分析研究，以及总结《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》2007年版本存在的问题和分析十多年来海洋声光调查技术发展的趋势，确定了《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》的基本框架和主要修订工作的内容。72、修订过程（1）2022年3月启动修订工作，组建修订单位和编制（2）2022年6月向国家标准委提出修订申请。（3）2022年10月24日，召开了光要素调查的技术研（4）2023年5月5日，以线下和线上结合的方式在青岛组织召开了《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》国家标准修订第一次工作会议。（5）2024年8月，国家标准委下达任务：20242530-（6）2024年9月-2025年4月，编制组分工完善、汇总，完成试验验证，形成征求意见稿。二、标准编制原则、主要内容及其确定依据（1）科学性修订以十多年来科学、技术取得的成果、进步和积累的实践经验为基础，规定的内容经过了科学论证或验证，是成熟的科学技术成果，得到广泛认可。不纳入尚不成熟或存在争议的技术、方法、设备。通过组建涵盖不同领域、不同专业的起草团队，广泛征求意见，多次召开专家研讨会等方式，保障标准的科学性。（2）先进性8十多年以来，无人船、无人机、水下自主航行器等无人装备兴起，逐步应用于海洋调查；卫星遥感、航空遥感等大面积调查技术取得更多应用；海洋仪器设备集成化、自动化、更广泛应用；自主声光调查设备日趋成熟。标准的修订充分考虑了我国自主调查设备在声光要素调查领域的发展水平、相关辅助参数同步观测的发展现状，将这些新技术、新装备、新方法纳入标准，能提升我国海洋声光调查技术水平和工作效率，引领海洋声光调查技术进步。（3）适用性本次修订主要是为了适应声、光要素调查新技术的发展，规范近年来日益增多的海洋声、光场调查任务，以获取高质量的海洋声、光场数据为主，兼顾海洋声场模型、水声信号处理理论和匹配场定位方法的检验与验证，以及海洋光学调查要素大气-水体系统测量和要素计算方法。具体修订内容系统总结了“近海海洋综合调查与评价”专项和“全球变化与海气相互作用”的经验，结合我国海洋调查的实际需求和新的发展，使规范具有针对性和适用性。在保证科学性的前提下，确保标准的内容和要求简洁明了，易于理解和操作，调查方法和流程具有可操作性，尽量减少不必要的复杂程序和环节。我国海洋调查经过几代人的努力和开拓，调查区域从近海延伸到深远海和南北极，调查技术与方法齐全先进，尤其9是自1980s以来，通过实施一系列国家海洋重大专项，培养了一支高素质的海洋调查队伍，积累了丰富的海洋调查经验，全面掌握了海洋调查的基本内容、调查方法、资料整理及调查成果等定性和定量的技术要求，为海洋调查标准的制修订奠定了基础。海洋声学部分标准修订主要内容的依据是声呐方程的各项，包括海洋环境噪声调查、海洋声传播调查、海水声速调查、海底声学特性调查和声相关辅助参数同步调查，不包括水下目标声学特性测量（含辐射噪声和自噪声）。与GB/T12763.5-2007《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》不同的是，海水声速调查，海水声速剖面直接法调查可由温、盐、深剖面计算精确获得，直接引用GB12763.2相关内容，在声传播调查在增加了声起伏的内容，在海底声学特性调查中增加了原位测量的内容。在声信号的采集、处理和记录等方面完全实现数字化，不再保留模拟的内容。海洋环境噪声调查的目的有四：为声呐系统设计、水声装备作用距离分析和预估、舰艇水下辐射噪声测量的背景修正等的分析提供数据；水下噪声测量可以用于估计有关环境参数，如风速、波浪、地震、海啸等；调查水下生物噪声以及人为噪声来源；还可以用于研究海洋噪声产生、传播的物理机制及其统计特性。海洋水声传播调查是指在特定水域、特定时间获取水下声波的传播特性，包括传播损失、声起伏和声场时间空间相关特性等。海洋水声传播调查的目的有三：获取水声传播随距离衰减变化规律；获取水声传播随时间的变化规律；通过声场时间空间相关特性，获取时间空间处理增益。海底的声学特性对水声传播有重要影响，在浅海，海底对水声传播影响尤其大，并影响水声设备的作用距离。海底声学特性指海底沉积物中能引起声波的反射或散射及其声波在其中的传播速度和衰减等特性。包括：海底的密度、纵/横波声速、纵/横波吸收系数、海底散射系数以及这些量的垂直分布和水平非均匀性。海底的声学特性比海水的声学特性要复杂得多。在海洋环境噪声方面，目前已有的标准要求提交的海洋环境噪声成果仅限于噪声谱级和1/3频带声压级，GB/T12763.5-2007没有提供近年来国际上流行的统计结果。本次修订着重介绍海洋环境噪声概率密度分布函数等处理，包括：噪声谱级的概率密度处理、频谱概率密度分布图生成、噪声谱百分位值图生成（含5%、50%、95%和中值图）、噪声谱均值图生成等等；在海洋声传播调查方面，除传统的海洋声传播随距离损失内容外，增加海洋声传播起伏。由于海洋环境的复杂性，声能随距离的变化往往包含距离不变时海洋环境变化导致的声能随时间变化，后者通常难以从海洋声传播随距离的损失中分离出来。从近年来欧美发达国家的海洋声传播调查来看，他们更重视海洋声起伏调查，因此，本次修订将海洋声起伏作为海洋声传播的重要内容，并给出了资料处理方法。不同因素产生的声起伏的时空尺度是不一样的，通常可分为三种尺度。如季节流、潮汐等引起的起伏（天文、对声呐来讲，可以不考虑，本标准也不涉及；一些由于气象和机械激励引起的非均匀起伏（旋涡、海面风浪等），一般是小时空尺度起伏，通常可考虑为随机过程；海洋内波等引起的起伏是中尺度起伏，对大部分现行主动声呐系统的工作影响不大，但近代主动声呐向大基阵、长信号发展，这种中尺度起伏因素也应给以足够的重视，因此本标准专门增加了这方面的观测方法。本标准的修订版依然适用于非极区海洋声学调查的组织和实施。调查结果可以为军事应用（水声对抗：探测与反探测、跟踪与反跟踪、识别与反识别、干扰与反干扰）、民下目标：探测、定位、跟踪、识别；水下通信、水下导航；水下遥测、遥控）等服务。海洋光学部分标准修订主要内容的依据是光大气和水体辐射传输方程的各个参量，包括表光光学量调查、固有光学量调查以及大气光学量调查。与GB/T12763.5-2007《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》不同的是，在表观光学量观测中加入走航观测以及三通道水面之上法等内容，删除了照度测量内容；在固有光学量观测中增加了水体吸收系数、体积散射函数和后向散射系数测量以及总颗粒物吸收系数、非色素颗粒物吸收系数、黄色物质吸收系数测量等内容；并增加了大气光学量观测内容。海洋的表观光学性质体现了太阳光经过大气吸收、衰减后通过海面进入海中所形成的海洋辐射场分布，其与光照条件和水中成分的分布有关，重要的表观光学性质参数包括遥感反射比、离水辐亮度、归一化离水辐亮度和漫衰减系数等。表观光学量是海洋水色卫星产品真实性检验和海洋水色遥感建模的基本参量，利用水色遥感获取的离水辐亮度或遥感反射率，可以进一步反演水体表层叶绿素浓度、悬浮物浓度及黄色物质吸收等信息。海水的固有光学性质不受光场变化的影响，仅取决于海水本身物理性质，主要体现了海水对光的散射和吸收作用。散射和吸收是光在海水中传播的两个基本过程，它们是光衰减的重要原因。主要的固有光学性质参数包括水体吸收系数、衰减系数和体散射函数，以及总颗粒物吸收系数、非色素颗粒物吸收系数、黄色物质吸收系数等。通过建立归一化离水辐亮度或遥感反射比与水体中各种组成成分的吸收或后向散射系数的关系，就可以通过现场观测或卫星测量的数据反演得到水体的固有光学参数，为卫星遥感反演水色要素提供大气光学性质是光在大气中传播和大气辐射传输研究必需的基础物理性质，决定了光在大气中的辐射传输过程。卫星水色遥感器对海观测信号中的约90%来自于大气光散射的贡献，准确的获取大气光学参数，消除大气的影响是水色卫星数据处理的关键。因此，大气光学性质在海洋光学卫星遥感应用中具有十分重要的作用。重要的大气光学性质包括气溶胶光学厚度、水汽柱总量和臭氧柱总量等，可用于大气辐射传输、大气参量反演、水色卫星数据处理等方面的研究。在海洋光学方面，GB/T12763.5-2007没有提供表观光学走航观测、固有光学后向散射观测和水体各组分吸收测量以及大气光学方面的内容。水面之上法(或水面法)和水下剖面法是表观光学量的主要观测方法，但是只能获取大面站信息，难以进行连续观测。随着表观观测技术的发展，走航观测技术日趋成熟，可获取连续观测数据。而水体体散射函数和水体各组分吸收系数是水体光学性质研究和水体要素卫星遥感反演的重要依据，可以通过建立其与遥感反射比之间的函数关系，为卫星数据反演水体固有光学参量和水体环境要素提供理论基础。因此，本次修订着重增加了表观光学量观测走航观测、固有光学量水体体散射函数、水体各组分吸收系数测量以及大气光学量的观测方法，并详细规定了观测要素和技术指标。本标准的修订版规定了海洋声、光要素调查的技术要求，主要依据了GB/T3223-1994《声学水声换能器自由场校准方法》、GB/T4128-1995《声学标准水听器》、GB/T4130-2017《声学水听器低频校准方法》、GB/T16165-1996《水听器HBJ03.142-2011《海水声速仪校准方法》、GB/T50123-1999《土工试验方法标准》、GB/T15406-2007《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》、全球变化与海气相互作用专项（一期）《海洋声学调查技术规程》和全球变化与海气相互《声学-水下噪声测量》、、GB/T7967-2002《水声发射器的洋光学调查技术规程》、全球变化与海气相互作用专项（一期）《海洋光学调查技术规程》和全球变化与海气相互作用水中颗粒物和黄色物质光谱吸收系数测量分光光度法》、GB/T31159-2014《大气气溶胶观测术语》等。在声要素方面，海水声速调查要求与国际上相同；海洋环境噪声调查要求与欧美水下噪声测量和监测标准（TNO-DV2011C235和TNO-DV2011C251）持平；海底声特性在原位测量方面的要求处于国际先进水平；海洋声传播与欧美的要在光要素方面，海水光学调查要求与国际上相同。在GB/T12763.5-2007《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》基础上，光学部分新增了三个术语及其定义、表观光学量走航观测、固有光学量体散射函数观测、总颗粒物吸收测量、非色素颗粒物吸收测量、黄色物质吸收测量和大气光学量观测的内容。光学部分的总颗粒物吸收测量、非色素颗粒物吸收测量、黄色物质吸收测量和大气光学量观测要素在测量的量、技术指标、测量方法、仪器设备的要求和数据处理等方面，在相应的章节都作了详细的规定和要求，对于表观光学量走航观测和固有光学量体散射函数测量，在相应的章节都作了详细的补充。本次修订文件代替GB/T12763.1-2007《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》，与GB/T12763.5-2007相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：——第3章：术语和定义中，修改了术语“海洋环境噪声”、“沉积物声速”的定义（见3.6、3.12）；增加了术语“气溶胶光学厚度”、“光学密度”、“黄色物质”的定义（见3.20、3.21、3.22）；——第5章修改了海水声速直接测量法的基本规定，增加了间接测量法的测量原理和仪器设备（见5.1.2、5.2.1、5.2.2）；——第6章修改了海洋环境噪声部分噪声声压谱级的公6.2.2、6.3.2、6.3.3）；——第7章更新了海底声特性测量部分的原位测量方法（见7.1.1、7.1.2、7.1.3、7.2.1、7.2.2、7.2.3、7.3.1、7.3.2、7.3.4），更新了沉积物声速计算的经验公式（见附录D）；——第8章增加了声能传播损失对距离水深测量的要求，修改声能传播损失测量方法和调查报告的内容（见8.1.1、8.1.2、8.2.1、8.2.2、8.3.1、8.3.2、8.3.3）；——第9章删除了2007版第9章海面照度测量全部内容，将2007版第10章表观光学量观测各条内容进行了细化完善，成为本文件的第9章；量观测”，修订后改为“固有光学量原位观测”。二是对各条内容进行了细化完善；——增加了第11章水体三要素吸收系数测量；——增加了第12章海上大气光学量测量；三、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效益和生态效益近年来，全国主要海洋声、光学调查力量都参与到“全球变化与海气相互作用专项”调查中，调查持续近十年，调查航次数达到50余个，每个航次持续30-60天不等，调查作业涵盖了《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》的每一个内容，调查设备的技术指标、校准，调查要求和资料处理都得到了验证。验证内容较为全面，验证时间长，验证规模大，验证队伍来自多个系统，出具报告的包括中国科学院声学研究所、西北工业大学、中山大学、南京信息工程大学、上海海洋大学和大连海洋大学等，验证过程较为为严验证的调查航次绝大部分已经通过专项验收，调查数据质量通过专项三级验收，调查资料处理和汇交得到国家有关专项技术组和海洋声学、光学专业组的认可，说明《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》拟修订的内容可操作性强，能够规范大规模海洋声学、光学调查的组织和实施，经进一步广泛征求意见，修改完善后予以颁布。长期来看，统一规范的技术、方法、要求可以提高观测数据质量，避免重复工作和资源浪费。标准化的调查流程和设备要求，可防止因调查方法不一致导致的数据不可靠而重复调查，降低人力、物力和财力成本。传统上海洋声场调查需要二艘船：声发射船负责声源发射，声接收船负责声信号接收。本标准使得海洋声场调查从一个航次需要二艘船，降为仅需要一艘工作母船，节省了一艘调查船的费用，经济效益显著。海洋声光要素调查结果可以为军事应用（水声对抗：探测与反探测、跟踪与反跟踪、识别与反识别、干扰与反干扰；水体环境光场变化分析、水下目标光学探测、环境保障）等服务；调查结果也可以为民方应用（海洋资源勘探开发、海洋科学观测、海洋水色卫星辐射定标、真实性检验、水色要素卫星遥感反演算法研制与检验）等服务。如通过调查海区海洋环境背景噪声与相关海洋生物活动的正相关分析，可为海洋生态保护提供技术支撑，具备一定的生态效益；通过调查海区海洋光学调查数据，可为海洋水色卫星辐射定标、真实性检验、相关算法检验提供科学研究和数据支撑。调查结果还可以开展军民兼用（水下目标：探测、定位、跟踪、识别；水下通信、水下导航；水下遥测、遥控；环境保障）等《海洋调查规范第5部分：海洋声、光要素调查》的实施将有效推动海洋技术装备产业的发展，带动相关产业升级，创造更多的就业机会，从产业经济角度促进经济增长，形成良性循环，提升整体经济效益；同时海洋声光要素也是海洋生态环境的标志性要素，科学、有效的声光要素调查可为海洋生态环境保护提供技术支持和保障。四、与国际、国外同类标准技术内容的对比情况本标准在声要素方面，海洋环境噪声调查要求与欧美水下噪声测量和监测标准（TNO-DV2011C235和TNO-DV2011C251）持平。对于高端海洋声学调查装备，由于欧美目前对我国进行销售禁运，难以进行直接平行对比，但从公开发表的数据看，拟修订后的标准已赶上他们的水平，如水听器耐压深度超过6000米，发射换能器的声学性能在大深度下恶化的程度与欧美公开的数据相当等等。在总体要求上，尽量本标准在光要素方面，重点参考海洋水色卫星定标检验海上同步光学调查（1998-2012年）、“908”专项光学调查（2003-2012年）、“全球变化与海气相互作用专项（一期）”、“全球变化与海气相互作用专项（二期）”光学调查（2011-2022年）等大型光学调查的技术规程，并结合近年来涌现出来的海洋光学多参数测量仪、海面和海水层光学测量系统、海洋高光谱辐射观测系统、阵列式多角度水体体散射函数测量仪等新技术、新装备，增加了表观光学量走航观测、固有光学量体散射函数观测、水体三要素总颗粒物、非色素颗粒物和黄色物质的吸收测量以及大气光学量的观测方法，并详细规定了观测要素和技术指标，通过多次国家专项调查的实践论证。并吸收借鉴了IOCCG自2018年起公布的相关海洋光学要素测量和数据处理的技术方法。本标准符合当前我国海洋声、光场调查技术装备的发展水平和发展趋势，具有科学性、实用性和可