斑海豹(Phocalargha)是唯一能在我国海域自然繁殖的鳍足亚目(pinnipedia)动物,中国辽东湾结冰区是其全球八个繁殖地最南端的一个,辽东湾斑海豹在基因上独立于其他种群,属于国家二级保护动物,具有极高的保护价值。与大多数鳍足亚目动物类似,斑海豹能够在水下发声,它们主要利用声信号在水下进行相互交流。然而,到目前为止全球范围内还没有对野生斑海豹水下发声行为研究的系统报道。本文以中国辽东湾斑海豹野生种群为研究对象,利用被动声学监测技术,首次记录并分析了该种群的水下发声行为。首先,对辽东湾野生斑海豹的水下发声进行现场记录,分析了发声信号时域、频域、能量相关的14个声学参数,并研究了这些声学参数间的相互关系,提供斑海豹水下发声的基础声学信息;其次,利用多元统计的方法对斑海豹水下发声进行定量“分类”,探索发声类型与行为之间的关系,旨在对斑海豹水下发声库进行归纳整理,了解不同发声类型的具体目的;再次,对比分析了野生和豢养斑海豹水下发声的差异,并对比研究了野生种群白天和黑夜水下发声的差异,以便了解不同生态环境对斑海豹发声的影响;最后,评估了典型海洋工程(如打桩)水下噪声对斑海豹发声可能存在的掩蔽效应,以实测的我国港珠澳大桥建设中水下冲击打桩噪声为例,定量比较打桩噪声、斑海豹发声及背景噪声的相对大小,界定打桩时斑海豹活动的安全距离,并提出声学保护斑海豹的具体措施。本文主要研究结果和结论如下:1、辽东湾野生斑海豹拥有庞大的水下发声库。总体来看,其水下发声信号具有低频(峰值频率不超过1.8kHz)、窄带(15～728Hz,-3-10dB带宽)、持续时间短(95%能量持续时间中位数为65.7ms,上、下四分位数分别为24.2和157.5 ms)的声学特征,估算的均方根声源级中位数为150 dB re 1 μPa@1 m(上、下四分位数分别为144和156 dB re 1 μPa@1 m);斑海豹提高发声频率时,发声的持续时间通常会变短、带宽会增加,但发声信号的声源级与频率无显著相关性。2、利用主成分分析和系统聚类分析相结合的多元统计方法,将辽东湾野生斑海豹水下发声定量分成五类,分别是敲门声(knock)、咆哮声(growl)、鼓点声(drum)、扫频声(sweep)和啁啾声(chirp)。分类算法可以识别出81.9%的斑海豹水下发声信号,其中,频率参数(中心频率、第一、二峰值频率)是区分发声信号的主要特征。辽东湾野生斑海豹水下发声信号结构相对简单,除chirp为音调(tonal)信号外,其余四类发声均为重复时间不同的正弦类脉冲(pulsed)信号。斑海豹使用knock最为频繁,chirp信号最不常见。独立样本的非参数检验表明,五类发声的时、频、幅声学参数具有统计学意义上的显著不同。斑海豹利用五类发声实现不同的目的。Sweep多出现在斑海豹刚下潜时,该信号有扫频特征,可能为了告知同伴其下潜行为,growl和drum可能与斑海豹水下交配行为有关,chirp可能与斑海豹母子识别行为有关,而knock成串出现,可能与雄性之间领地占领和争夺配偶的行为有关。3、野生和豢养不同生态环境下斑海豹的水下发声信号声学特性不同,豢养斑海豹水下发声持续时间更长,峰值频率、中心频率更高,均方根带宽更宽,声源级更大;而两者水下发声的均方根品质因数无明显差别。相较野生环境,豢养环境明显改变了斑海豹的水下发声特性,豢养斑海豹的发声数据不能替代野生斑海豹的发声数据。对于野生环境下的斑海豹,白天和黑夜水下发声也存在一定差异。斑海豹在白天使用knock和growl明显多于黑夜,导致斑海豹在同样时间内,白天整体发声数量多于黑夜,而drum、sweep和chirp数量在白天和黑夜并无显著差异。不同发声类型的时频特性白天和黑夜展现出不同的差异,sweep在黑夜频率会降低,有利于其在水下的传播,drum、growl和knock在时间、频率参数变化复杂,斑海豹很有可能在复杂的社交情形下利用这些发声类型,而chirp除发声持续时间外在白天和黑夜展现出相同的时频特性。4、港珠澳大桥桩基施工中直径2 m、长度73 m的钢管桩冲击式打桩水下噪声现场测量的结果表明,其噪声在时域上表现为一系列短脉冲信号,声压随距离(50～1000 m)增大由十几千帕减小到几百帕;包含丰富的频率成分,能量主要集中在低频段(100～2000 Hz);均方根声源级为208.2 dB re 1μPa@lm,声扩展损失系数为17.76,吸收损失系数为0.015 dB/m。本文打桩噪声的传播损失估计值在l kHz以上,与Marsh and Schulkin(M&S)半经验公式的计算结果吻合,而在1 kHz以下本研究的传播损失高于M&S半经验公式的计算结果,可能是由于研究水域较浅且海底为淤泥造成了传播损失在低频段也较大。冲击打桩水下噪声的声源级受桩尺寸、桩锤重量、打入海底深度、海洋底质、水深等诸多因素共同影响。5.以水下噪声对斑海豹发声的掩蔽效应为重点,研究了海洋工程施工中最常见的水下冲击打桩噪声对斑海豹使用最频繁的knock的影响。利用“滑动时间窗”的方法(窗长=knock的平均95%能量持续时间,步长=1/采样率)分析了一次打桩脉冲持续时间内的声压级变化规律,计算了每个时间窗内噪声信号与连续两个打桩脉冲间隙(约1 s)噪声信号的1/3倍频程声压级,并与斑海豹knock的平均1/3倍频程声压级进行比较,以分析是否存在掩蔽。在knock的支配频率(=630 Hz,表示knock能量幅度最大值对应频率的平均值)上,近岸冲击打桩噪声在本次测量的最近距离(100 m)可以完全掩蔽斑海豹的knock,即使在两次冲击打桩脉冲的间隙斑海豹的发声也会被掩蔽;而在本次测量的最远距离1000 m处,knock几乎不会被打桩噪声掩蔽,如果knock出现在两次打桩的间隙则完全不会被掩蔽。本研究首次对中国辽东湾海域野生状态下的斑海豹水下发声特性进行系统的调查和信号分析,填补了斑海豹野生种群水下发声行为研究上的空白,对了解斑海豹的水下声行为和未来开展声学保护工作具有极其重要的意义,本文使用的发声信号分类、噪声测量分析、掩蔽效应评估等研究方法对开展其他珍稀海洋哺乳动物的研究保护具有重要借鉴意义和实用前景。