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金斧頭和銀斧頭落水了,怎麼辦??—談「海洋探測」

繼上集的「屈原落水了,怎麼辦?」,我們討論了「海洋搜救」的辦法。那如果這次落水的是你心愛的金斧頭和銀斧頭,又該如何是好呢?

在水深40公尺以內的情況下,通常最直接的搜尋方式就是派遣具有技術專業潛水能力的潛水員,讓他們以肉眼進行水下搜索。當潛水員進行水下搜索時,首要條件就是水下目標物位置必須已精確定位,且必須是極小範圍的搜索,同時潛水作業必須在海況符合人員潛水安全的條件下才能執行。

位於東沙群島潟湖口的沉船殘骸位於東沙群島潟湖口的沉船殘骸

然而茫茫大海要從何開始?而且海況險惡,隨時都可能危及潛水員的性命。在水深超過40公尺以上的海域並不適合潛水作業,這樣既危險,而且很容易使潛水人員因而罹患「減壓症」,也就是俗稱的「潛水夫病」,可能導致皮膚發癢、關節疼痛、中央神經系統損害,嚴重可能造成昏迷、癱瘓,甚至死亡。

隨著水下聲學技術的發展,現代科學搜尋方法隨著海底單位面積大小、深度或水下目標的不同,所使用的聲學儀器亦有不同選擇,國家實驗研究院海洋中心備有精密的聲學水下探測儀器,包括「單音束聲納」、「多音束聲納」、「側掃聲納」、「底質剖面儀」、「超短基線水下定位儀」及「磁力儀」等,分別介紹如下:

  • 單音束聲納(Single-Beam Echo Sounder, SBES):進行單點式水深測量,能沿著航線直接量測現地的海床深度資訊。
  • 多音束聲納(Multi-Beam Echo Sounder, MBES):相對單音束聲納測深方法,可同時多點式進行水深測量,蒐集帶狀水深資訊,得到較大範圍的海床地貌,並即時展示三維海床測繪成果,節省了許多時間與人力成本,提升測繪效率。

於動力小艇舷邊架設多音束聲納

n側掃聲納(Side-Scan Sonar, SSS):可搭配自主式水下無人載具進行大面積的海床測繪,搜尋水中目標物等調查工作,亦可對海床上的底質特徵有進一步的認知,就像一台照相機取得海床表面影像。


國研院海洋中心所有之拖曳式側掃聲納設備(Edgetech4200)
  • 底質剖面儀(Sub-Bottom Profiler, SBP):可探測海床表層的沉積地層,製作高解析度地層剖面影像圖;在適合的地質條件下,穿透深度最深可達40公尺。

探測研究人員於動力小艇上佈放拖曳式底質剖面儀至水中
  • 超短基線水下定位儀:因GPS訊號無法傳達至海水中,因此拖曳式水下探測儀器如拖曳式側掃聲納或底質剖面儀會搭配超短基線(Ultra-Short Base-Line, USBL)水下定位儀,取得儀器在水中的位置,提高水下探測儀器與資料的定位精確度。
  • 磁力儀(Magnetometer, MAG) :海床上的岩盤或沉積物大多是非磁性物質,水下目標物依其是否具有磁性區分為磁性或非磁性物質,如古代沈船多為非磁性木造物質,而近代沈船(如二戰軍艦)或落海機具大多為鋼鐵磁性物質。磁力儀(Magnetometer, MAG)的功能即是用來調查海床底質結構或水下目標物所造成的磁力異常,繪出磁場等值線圖並分析其結果。等值線圖有較密的等值線之處,可解析成磁力異常集中處。

淺水型的聲學水下探測設備,主要在台灣附近的淺海區域 (如:東沙環礁、澎湖海域與港口等)使用動力小艇進行探測作業,可應用於探測海底地形、沉船船體監測與珊瑚礁群落等研究。水下探測技術應用範圍廣範,在社會公益面,可支援海洋國家永續發展政策以及機具落海協尋;在科學研究面,如海床形貌調查以及長期海洋科學與海域監測研究等;在產業應用面,如離岸風力發電場址地形與海底管線調查,以及水下目標物探測等;在創新技術面,可支援海洋科技研發,發展水下探測載台以及快速水下探測技術等。