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【TORI在台中Short Stay EP.3】鯨豚觀察員的海上測距實作

TORI有一套具備能源探勘能力的長支距多頻道震測(Long-offset Multi-Channel Seismic, LMCS)系統,是使用乾淨、無污染的空氣鎗替代炸藥,瞬間釋放高壓空氣擠壓海水而產生震源,以聲波的形式穿透海水層後進入地層,並在接觸到不同地層界面時,以反射的方式回到海水層。這時海水的壓力會產生微細的變化,進而被拖曳在勵進研究船後方的受波器浮纜所接收,經過轉譯及資料處理,再透過研究人員分析震波的雙程走時與波形等,得到海床底下之沉積構造影像。這些影像資訊可用來診斷地層,得知活動斷層、石油與天然氣儲藏構造、隱沒帶、孕震構造等資訊,間接獲取海床下層層秘密。

聲波在海洋中具有良好的穿透性,廣被應用在水下探測及訊號傳遞方面,其運用原理類似醫用超音波及斷層掃描,將聲源經發射器注入水中,以聲波的形式在海水中傳遞。波在傳遞過程中,經過不同密度界面時,會產生反射及折射現象,部分聲能會經由反射路徑回傳,進而被接受器所接收,再透過轉譯與資料處理方式辨識聲波訊號。

浩瀚海洋,涵蓋面積占地球71%,不同海域水深也不盡相同,若要進行海洋地質調查,必須要發射很強的能量,聲波才得以穿透海水層進入地層,而收回高解析度的反射訊號。以TORI的長支距多頻道震測系統(以下簡稱長支距震測系統)為例,為了蒐集海床下清晰的沉積地層構造資料,利用陣列式空氣鎗瞬間釋放高壓空氣(最大可瞬間釋放3,200立方英寸)而產生震源將能量傳達至海床下,並經由受波器浮纜接收自不同地層界面之反射震波藉此取得海床底下之沉積構造影像。

▲ 長支距多頻道震測系統探測南海海盆地層之影像(局部展示)

然而,長支距震測系統進行震測作業時會產生巨大聲響,無可避免地,其所產生的水下聲音,將波及鄰近區域的鯨豚,甚或造成其聽力損傷。那麼,該如何保護鯨豚呢?除利用能夠偵測聲波訊號的儀器輔助外,還有個非常重要的角色負責守護鯨豚,稱之為「鯨豚觀察員」。鯨豚觀察員的工作內容不同於賞鯨的休閒氛圍,觀察員們宛如科學家左右手,必須隨時嚴陣以待、全神貫注緊盯海面,以防鯨豚誤入警戒區,一但觀察到鯨豚出現就必須記錄並通報其方位、距離和行為類別等。拜科技所賜,現在大多仰賴電子測距設備來判斷距離,但當手邊沒有高科技工具輔助時,要怎麼取得與目標物的距離呢?

「把手臂伸直,豎起測距尺,將最上面那條線對齊海平面,看一看鯨豚躍起水面的位置對應到尺的刻度是多少?」,今年的「科學家的秘密基地」,TORI設計一體驗區,以鯨豚觀察員日常工作內容發想,將手臂長度、眼睛與觀測平台高度等參數帶進測距經驗公式,繪製簡易比例尺,來教導民眾如何利用三角測量來"目測"自己與海上鯨豚的距離。這個方法較為簡易而存在誤差,但運用三角函數概念的量測方式有助於快速判斷我們與目標物的約略距離,快速做出反應。

如果你/妳想成為台灣鯨豚觀察員(Taiwan Cetacean Observer, TCO),可以參考由海洋委員會海洋保育署所制定之「台灣鯨豚觀察員制度作業手冊」。