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风关海洋环境噪声源模型 林建恒衣雪娟陈鹏王彦殷宝友 (中国科学院声学研究所北海研究站，青岛，266023) TheModelof NoiseSources Wind—generated Lin Yi Chen YanYm JianhengXuejuanPengWang Baoyou ofSciences， Qingdao266033，China) 1研究的意义 海洋环境噪声有很多源。其中风关噪声是各海域普遍存在的、几百赫兹至几十千赫的主要噪声源，因 此也是最先引起水声专家关注的环境噪声源。最初的风关噪声模型普遍采取静态噪声源模型，没有对风关 噪声源的发声机理进行深入研究，假设噪声源级仅与风速和频率有关，根据在某局部海域的试验结果得到 一些经验公式，导致不同海域，甚至不同海况下模型预报的风关噪声绝对级和试验结果相差较大，无法为 声纳的设计和使用提供较好的服务，后来S．Finette等建立了动态噪声源统计模型，但是对风关噪声源发 声机理的研究成为制约风关噪声模型完善的瓶颈，目前，世界各国水声学者正在从理论、实验室、和海上 试验三方面加快对风关噪声发声机理的研究工作。 2静态噪声源模型 静态风关海洋环境噪声模型，假设噪声源随机均匀分布在海面以下小深度的无穷太平面上，因为源面 距离海面很近(与波长比较)，可等效于偶极子声源。仅仅考虑宏观的平均效果，认为声源级仅与风速和 频率有关．假如噪声源函数用S(r’)表示，噪声源之间的相关函数满足： s(r’，z’)S(，”，z+)：q2N(r’一r”，z’) (1) N(Ft-r”)=‘南舯Ln 其中q2是源强。根据试验数据得到噪声源级和风速、频率的关系： (3) 其中观矽一声源级(dB)，厂一频率(Hz)，v一海面风速(节)。 3动态噪声源模型 波浪破碎是产生风关环境噪声的主要物理机制，经研究。高频时单个气泡的振荡是风关噪声的主要发 l f‘∥ ，一气 声机制，水中气泡的共振频率是A=÷，f型二_，其中fo一共振频率，a一共振时的气泡半径， 2册V风 泡的比热比， P一气泡周围的气压，p0一水的密度：而破碎波浪气泡的相干集体振荡是低频风关噪声 的主要发声机制，到目前为止，还没有成熟的动态噪声源理论模型，水声专家常采用动态噪声源统计模型。 假设破碎波浪发生过程为时空泊松过程，每个破碎波浪产生的噪声随机波形取决于其能量谱和持续时 问，破碎波浪的发生数和辐射噪声波形可通过试验数据估计的参数来获得。 假定发生波浪破碎的时空域为F=敷×T，其中海面破碎波浪的位置掌=(x，Y)∈婀，破碎波浪的发 生时间f∈T，在时空域F内发生波浪破碎的数目是一个泊松随机变量N，它取值行的概率是： er[N圳：颦 以! 位时间单位面积的平均破碎数。为了定义r区域里的非均匀泊松随机过程，只需指定速率函数五(x，Y，f)。 若是均匀泊松过程，则速率函数是常数五。 破碎波浪的密度t，不仅与风速有关．还与白浪花覆盖率，和破碎波浪的寿命有关，可以由直接测量 破碎波浪的产生或者测量每个破碎波浪的发声来获得： 乃=老， 其中，％一平均的白浪花覆盖率，可以通过卫星的常规检测参数得到：也一单个破碎波浪的平均面积； 乃一单个破碎波浪的平均寿命。 假设每个破碎波浪辐射的噪声波形是持续时间为吼，单极子能量谱为，。的宽带