从妈祖的顺风耳倾听太平洋的鲸豚生态韵律
台湾东部海域常见的齿鲸之一：瓶鼻海豚。图片：台大鲸豚实验室提供。摄影：侯雯。
从MACHO所侦测到的齿鲸密集脉冲声波(a)和哨叫声(b)在一年之中各个小时的时间长度，颜色越接近黄、红色，代表侦测到的声音数量越多。可以观察到大多数的声音都在日落之后（黑色虚线）和日出之前（白色虚线）被侦测到。图片：林子皓提供。
（神秘的地球报道）据美国国家地理网站：广阔大海，鲸豚恣意遨游，但是鲸豚海上调查，对研究人员来说却是费力且费时；好天气出海必须忍受烈日曝晒，坏天气出海则得抵抗胃内的翻腾。有时在海上搜寻半天，却找不着半只鲸豚的踪影。还有什么方法可以帮助我们收集更多鲸豚的资料呢？所幸，鲸豚是个爱发声的动物，它们在能见度不佳的水下环境透过声音联系、探测环境。因此，透过听海洋中的声音可以协助我们寻找鲸豚，从声音的变化也可以推测鲸豚行为是否改变。近年来科技发展，许多新颖的海下设备也可以协助研究者收集长时间的水下录音了。从2012年开始，台大鲸豚实验室林子皓等人开始利用水下设备进行鲸豚的声音纪录观察，并且获得了让研究团队惊喜的发现，2015年4月发表于PLOS ONE国际期刊中。
海面下鲸豚都在做些什么？
台湾东部海域拥有极为丰富的鲸豚资源，常见的鲸豚包含花纹海豚、长吻飞旋海豚、热带斑海豚、弗氏海豚、瓶鼻海豚，偶尔还可见到伪虎鲸、短肢领航鲸、真海豚，甚至是虎鲸。然而，我们对生活在黑潮中的鲸豚其实所知甚少，例如：各种鲸豚在白天、晚上的活动情形是否有所不同？各种鲸豚有特别偏好的活动时间吗？鲸豚种类的组成会不会随着春、夏、秋、冬四季而随之变动？还是受到东北季风和西南季风的转换而影响？
一直以来，要观测鲸豚大多是研究者搭船凭自己的眼力来寻找、跟踪鲸豚，但目视观察只能在海况平稳时进行，否则恶劣的海况可能会影响观察员搜寻鲸豚的能力。因此，台湾海域在强劲东北季风吹袭的秋、冬季，鲜少能够出海进行观测。除此之外，观察员也只能在白天进行搜寻，对于夜晚的鲸豚生态仍是一无所知。
妈祖顺风耳倾听黑潮之声
幸好，科技总能带来新的突破。
近年来，随着海下技术与演算法的进步，研究人员开始利用水下录音机，来窃听海洋中的鲸豚声音，也就是所谓的「被动式声学监测」。中央气象局也在2011年启用「台湾东部海域海缆观测系统」，又名「妈祖计画」(MACHO)。这套海缆观测系统，除了可以监测地震活动来减低台湾受到海啸的威胁之外，系统中也连接一组高解析度的水下麦克风，能够收录包含超音波范围的各种声音，让研究者具备有如妈祖身旁大将顺风耳的能力，可在岸上即时收听宜兰外海的水下录音，每天二十四小时、全年无休的传播黑潮之声。
处理巨量资料的帮手：「极大值侦测器」
只是，海缆系统传回的资料量庞大，每天就有将近65GB！这1440分钟的录音如果土法炼钢透过人力去耳听、分析，就像电影「模拟游戏」中使用人力去破解敌军利用机器建构出的密码一样难以进行。
由于目前在东部海域所建置的鲸豚声音资料库，仍极度缺乏足够的水下录音，很难透过既有的资料来侦测MACHO所收录到的各种鲸豚哨声。为了解决这个问题，台湾大学鲸豚研究室的博士后研究员林子皓，一反过去利用既有资料模板进行侦测的方法，开发出可以侦测各种具有哨声特质的「极大值侦测器」，针对声音频谱中具狭窄频宽且连续出现的讯号分析其尖峰频率；如果尖峰频率在一定的时间与频率范围内出现的密度高于侦测阈值则将之储存起来。
简单来说，只要听起来像是哨声，时间长度又够长，就先不管可能是何种神秘动物的声音，都先记录下来。研究团队决定，与其现在一一去比对手上极少数的资料，先将各种鲸豚哨声片段，从巨量资料中侦测、保存下来，留待未来资料库建置完成之后再比对鲸豚种类。
MACHO带来的惊喜发现
仔细听着MACHO所传回的水下录音，有时可聆听到一连串清脆的「脉冲声波」，这是台湾周遭海域常见的齿鲸（包含花纹海豚、长吻飞旋海豚、热带斑海豚、弗氏海豚、瓶鼻海豚、伪虎鲸、短肢领航鲸、真海豚、虎鲸等）利用回声定位搜寻猎物时所发出的声波。研究发现，齿鲸在追捕猎物的最后阶段，特别会利用间隔极短的脉冲声波来持续锁定猎物，以在一片黑暗的深海环境中准确且有效的觅食。
台大鲸豚实验室研究团队将根据MACHO录音所获得的研究成果，发表于2015年4月的PLOS ONE期刊。文中指出，透过自动化分析MACHO收录的大量录音，研究团队惊喜的发现，原来在宜兰外海约300公尺深的海域中，齿鲸最常在日落后聚集于此，并且频繁的使用密集脉冲声波，但在白天侦测到这些密集脉冲声波的机率却大幅降低。这项结果显示，宜兰外海的齿鲸可能常在日落过后觅食搜寻、捕捉猎物；但在白天则是主要进行移动、休息等行为。
被动式声学监测，突破了过去我们只能在白天搭船观察的盲点，透过水下监听才发现日落过后的鲸豚活动更频繁，而且记录到更多在白天所观察不到的野外觅食行为，大幅增进我们对它们日常作息的了解。
鲸豚活动可能有季节性周期变化
从整年度的水下录音中也发现，侦测到齿鲸哨声的时间长度随季节而变，夏季侦测哨声的时间较为短暂，相反的，在冬季录音中侦测哨声的机会反而较高。由于哨声被侦测到的机率可能和齿鲸进入到监测范围活动的频繁度以及逗留时间的长度有关，显示宜兰外海的齿鲸活动可能有明显的季节性周期变化。
由于台湾东部海域的黑潮路径在不同季节之间改变，加上冬季东北季风和夏季西南季风的交替，研究团队推测海洋环境的季节性变化可能是影响宜兰外海鲸豚活动频度与行为的关键因素。
哨声音频在冬春两季较低沉复杂推测此时鲸豚更为多样
另一方面，从齿鲸哨声的音频特征、曲谱复杂度和结构来看，当地齿鲸所使用的哨声音频在冬、春两季较为低沉，且冬季所侦测到的哨声曲谱较夏季更为复杂，且序列结构多变。初步和研究团队所收集到的少量鲸豚录音进行比对，可以推测哨声的季节变化可能和鲸豚种类组成在各个季节之间的变化有关。
研究团队进一步推测可能在冬、春季的录音中较容易侦测到体型略大、音频较低的齿鲸（如：伪虎鲸），但在夏季侦测到体型较小、音频较高的小型齿鲸（如：长吻飞旋海豚、热带斑海豚）机会较高。我们经常在海况较好的夏季出海赏鲸，往往只注意到那不断跳跃旋转的飞旋海豚，但其实宜兰海域的鲸豚多样性之高，冬、春季也许更有机会在白浪滔滔之中欣赏到更多不同的鲸豚种类。
MACHO在2014年5月已因疑似附近海域渔船作业导致器材损坏，无法传回水下录音，让研究团队在东部海域丧失了珍贵的顺风耳。但从MACHO过去所传回的录音中，我们已经「听」到东部的鲸豚资源除了丰富之外，更蕴含许多变化和韵律。白天、夜晚不同时段、各个季节内的鲸豚种类与行为都可能呈现不同风貌，还等待我们持续去发现、学习，了解太平洋的这些海中精灵如何与黑潮共舞。
研究团队：台大鲸豚实验室林子皓、余欣怡、陈琪芳、周莲香
撰文：林子皓（国立台湾大学生态学与演化生物学研究所博士后研究员、台湾声景协会）、余欣怡（国立台湾大学生态学与演化生物学研究所博士候选人、中华鲸豚协会）
