深海海底斜坡环境下的声传播-OpenRepositoryofNationalNatural.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 1 (2016) 014303 深海海底斜坡环境下的声传播 胡治国 李整林 张仁和 任云 秦继兴 何利 1)(中国科学院声学研究所, 声场声信息国家重点实验室, 北京 100190) 2)(中国科学院声学研究所南海研究站, 海口 570105) 3)(中国科学院大学电子电气与通信工程学院, 北京 100190) ( 2015 年6 月9 日收到; 2015 年8 月18 日收到修改稿) 海底地形变化对声传播具有很大影响, 在南海深海区域海底斜坡环境下进行了一次声传播实验, 实验显 示倾斜海底环境下声传播损失出现了一些不同于平坦海底环境下的现象, 分析并解释了海底地形变化对产生 声传播差异的原因. 结果表明, 海底斜坡对声波的反射增强作用可使斜坡上方的声传播损失减少约5 dB. 当 声波第一次入射到达的海底位置有较小幅度的山丘(凸起高度小于1/10 海深) 时, 海底小山丘即可对声波有 反射遮挡作用, 导致在其反射区特定传播距离和深度上出现倒三角声影区, 比平坦海底环境下相同影区位置 处的传播损失增大约8 dB, 影响深度可达海面以下1500 m. 而海底斜坡对声波的反射阻挡作用使得从海面 反射及水体向下折射的会聚区结构消失, 只剩下从水体向上折射的会聚结构. 因此, 海底地形对深海声传播 影响较大, 在水下目标探测和性能评估等应用中应予以重视. 关键词: 深海, 海底斜坡, 声传播, 会聚区 PACS: 43.30.Zk, 43.30.Dr, 43.30.Cq DOI: 10.7498/aps.65.014303 与平坦海底相比, 声能量经过大陆斜坡多次反射进 1 引 言 入到深海声道轴深度后, 声传播损失(transmission loss, TL) 会减小, 后来人们把这种现象称为“斜坡 海深、海底和海水声速剖面等海洋声学环境 增强效应”. Dosso 和Chapman 13 在加拿大西海岸 的复杂性, 对声传播影响很大. 其中, 海深变化是 的大陆坡海域对斜坡增强效应进行了进一步实验 影响声场的主要因素之一1 , 同时也是近年来水声 验证, 发现声源位于斜坡上方时测量得到的下坡 学研究的热点问题之一, 人们对此开展了大量的工 TL 比平坦海底最大可减少15 dB. Tappert 等14 211 作 . 对夏威夷Kaneohe 湾Oahu 岛附近海域的声传播进 深海平坦海底环境下声场会聚区和影区现象 行了研究, 数值仿真中将声源固定在陆架浅海海 是典型的声场干涉效应. 文献[4, 5] 解释了会聚区 底, 发现声波可沿着斜坡多次反射下传至深海声道 声场主要由波导简正波决定, 而影区声场主要由 轴深度后脱离斜坡, 继续在深海声道轴附近进行远 6 海底反射简正波决定. Li 等 用波导不变性进一 距离传播, 最远可传播到4000 km 以上, 作者将这 步解释了深海中的干涉现象. 广泛存在于不同海 种斜坡传播现象形象地称为“泥流效应”, 并解释了 域的海底斜坡与海水声速结构的联合作用会产生 15