海洋中尺度结构声传播特性分析

康颖

中国海洋大学

摘要：

海洋中尺度结构能强烈影响声波在海水中的传播,因此,对海洋中尺度结构声传播特性进行分析,确定海洋中尺度结构影响声传播的基本规律,对快速声场预报和环境参数反演都具有十分重要的意义.该文对中尺度结构(中尺度涡、锋面)海洋中尺度结构引起的海水的不均匀性对声传播影响进行研究,建立海洋中尺度现象水声环境参数模型,分析声传播特性的中尺度现象水声环境模型参数变化对声传播的影响规律,对存在随机声速起伏的中尺度结构的声传播特性也进行了初步探讨.该文利用南海海域声速场同化数据数值计算分析典型海域声传播基本规律,采用抛物方程模型计算程序FOR3D进行计算.其中包括,深海声传播,通过有海洋锋面的声传播,海底有海底山时的声传播,海底为下坡地形的声传播,以及黑潮暖涡下的声传播.结果显示弱锋对声传播的影响并不明显,而暖涡能引起涡区后强烈的声衰减.根据实际涡、锋面的各项指标,结合南海海域声速场同化数据,建立了高斯涡模型和海洋锋面模型进行的声传播规律分析,系统计算不同频率下涡、锋面强度变化对声传播影响.数值模拟结果表明冷涡能够使声场传播的会聚区发生分散.暖涡则能使涡区声传播损失降低10dB左右.涡对低频声传播影响大于同样情况下的高频声传播.锋面模型分析结果为:暖锋的存在能使其后很长的区域形成声影区,传播损失增加10dB左右.在建立的两个模型的基础上,进行了特征参数的灵敏度分析,并结合海上水声综合考察声传播实验数据进行验证.结果表明,前五阶EOF表示声速场所得声传播损失与实际声速场结果相比误差基本在±3dB以内,即前五阶EOF可作为这种海洋环境声速场的特征参数.该工作还进行了存在随机声速起伏的中尺度结构声传播特性分析.我们采用随机耦合简正波方程理论计算存在随机声速扰动时各阶简正波展开系数幅值的变化特征.对四种随机声速场进行了计算.发现同样的正态分布的随机声速场影响下各简正波模态的展开系数幅值基本也呈现正态分布,且各简正波模态的展开系数幅值的均方差变化是不同的,其中一些模态展开系数幅值均方差值较大.另外深度方向的声速扰动对各阶简正波展开系数幅值的扰动影响较大.

关键词：声传播;中尺度涡;锋面;特征参数

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：声学

导师姓名：彭临慧

学位年度：2004

语种：中文

分类号：P733.2

页数：73

在线出版日期：2005-05-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）