臺風條件下的現(xiàn)場觀測一直是臺風研究和預報的短板。浙江大學海洋學院林建民、方孫珂等利用海底光纜分布式聲學傳感技術（distributed acoustic sensing，das）觀測臺風“梅花”橫穿海底光纜期間的低頻背景噪聲，揭示了臺風過境期間近場低頻背景噪聲的時空演變特征及其與臺風風速、波浪、潮位變化之間的關系，成功反演了臺風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，國際學術期刊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”的該項研究工作成果。

圖1 論文圖形摘要

浙江大學海洋觀測-成像研究團隊近年來基于多學科交叉開展包括臺風在內的水下遙測理論與方法研究。2022年9月臺風“梅花”過境舟山群島，林建民等利用海底光纜（圖2）及國產(chǎn)das設備成功觀測到了臺風“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主要源自海表波浪的直接壓力擾動，其強度隨海底光纜所處的水深顯著減小，且信號頻譜峰值受到潮位變化的調制。研究進一步通過分析低頻背景噪聲的頻率-波數(shù)譜特征，發(fā)現(xiàn)臺風過境期間風場對海表波浪傳播的主導作用，并在此基礎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，成功獲取臺風過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的臺風“梅花”觀測試驗

圖3 基于海底光纜das的平均海流測量結果與海表風速變化對比

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風條件下海況信息，為臺風現(xiàn)場觀測提供了一條不受天氣、海況影響的“水下觀測”新途徑。

本項研究工作得到浙江省重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金和東海實驗室科學基金等資助。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45412-x.epdf?sharing_token=hcjk_xaci9eyrel3wfbi5trgn0jajwel9jnr3zotv0mgjgpr8lj6deseyytst00hckx4rsceph1vytawenjv8qcu93ckinr5axwq5qyeiw44heajpg_xpnmhvoctzdzvtnkh6-ff5nb1ehp3-s9zy1opc8uua43ei8kohepy8aw%3d