第1章与海洋声学有关的海洋特性.ppt

* * * * 但是对于绝大多数海面声散射的有关问题而言，这种偏差并不重要。因此正太分布作为第一种假设通常被采用。 * 风成波浪能量在水平面上的角度分布依赖于波浪的频率。海面粗糙度的低频成分具有很尖的角度谱，而角度谱的高频成分是各向同性的。在极区，冰覆盖层对声波传播的影响是主要的。 * * * * * * 图1.33给出了9.6kHz声波垂直入射情况下反射系数常见海底地貌的关系。从图中可以看出，从非常粗糙的海底过渡到深海平原的过程中，反射系数迅速增大。 * * * * 海洋声学中海底地形划分。 * * 图中A1为一次泄漏（在深海声道中完成一个循环）；A2为二次泄漏（在深海声道中完成两个循环） * * * * 推导。 * * * * * * * * 传播损失计算中考虑了波阵面扩展、海水介质的吸收以及泄漏到海底的声能。 * 传播损失计算中考虑了波阵面扩展、海水介质的吸收以及泄漏到海底的声能。 * phi表示纬度。 * * * * phi表示纬度。 * 图中实线是基于Dyson开发的随机多途声传播模型以及Garrett-Munk内波模型计算得到。 * * * * 湍流引起声速变化，导致介质折射率起伏变化。 * * * * * * * * 哈尔滨工程大学 硕士学位课程 水声学原理 * 1.2 边界的特性 海面 充分成长的海面粗糙度谱的参数只跟风速有关。Pierson-Moskovitz获取的大量实验资料的量纲分析得到了如下粗糙度谱： 风速为： ?—10m/s □—16.3m/s ×—20.6m/s 哈尔滨工程大学 硕士学位课程 水声学原理 * 1.2 边界的特性 海面的声散射 当声波入射到粗糙海面后将产生散射波。散射声场有相干成分和非相干成分。 相干成分是指沿着特定反射方向传播的声波，可对散射声场关于波浪位移函数的统计平均计算得到。 相干成分的幅度与入射平面波的幅度之比称为相干反射系数。如果海面是平滑的，则声波反射系数接近于-1，海面几乎是全反射界面。 相干参数：相干声场强度与总声场强度（相干＋非相干）之比。 哈尔滨工程大学 硕士学位课程 水声学原理 * 1.2 边界的特性 海面的声散射 函数 与实验数据吻合较好。当P1时，相干参数接近于零，此时散射声场几乎是不相干的。 相干参数与瑞利参数的关系曲线 哈尔滨工程大学 硕士学位课程 水声学原理 * 1.2 边界的特性 海面的声散射 (A)当掠射角 时，散射声场 主要来自于粗糙海面上独立的小平 面的镜反射引起。 (B)在更小的掠射角下，声波的共振 散射变得更重要。 (C)在高频（10-20kHz）和小掠射角 下，散射强度与掠射角的关系不明显 在此情况下，海面上表层气泡的散射 是主要贡献。随着声波频率的升高， 气泡散射的相对贡献也增加。 反向散射强度与掠射角的典型关系曲线 海面风浪充分成长，风速约为9.5m/s 哈尔滨工程大学 硕士学位课程 水声学原理 * 1.2 边界的特性 海面的声散射 (A)在镜反射方向上散射声场的频谱是由相干声场频率为入射波频率的线谱和非相干声场的连续谱组成。连续谱就像两只翅膀分布在线谱的左右两侧。 (B)实线1和2为 时散射声场 频谱的翅膀，虚线则是频谱左侧 翅膀，它关于纵轴对称。实线3则 是粗糙海面波浪谱。散射声场的 连续谱与波浪谱是一致的。 入射波频率分别为110Hz和312Hz时散射声场的频谱 海面风速约为8.5m/s，掠射角约为30度 哈尔滨工程大学 硕士学位课程 水声学原理 * 1.2 边界的特性 海底 如果海面仅仅是散射声波的话，海底不仅散射声波，而且还吸收一部分声能。 投射到海底的一部分声能将进入海底，当水下声信道不存在时，这就是限制低频声波远距离传