浅海跃层底质对水下声的影响研究
浅海起伏海底环境下的声传播
浅海起伏海底环境下的声传播
刘代;李整林
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】2022(41)3
【摘要】起伏海底对浅海声传播有着极大影响。
文章利用一次东海夏季水文数据,结合蒙特卡洛方法统计分析了浅海长距离起伏海底环境下的声场特性,并利用射线模型分析了海底起伏对声场不确定性影响的机理。
结果表明,高频声波对海底起伏的变化更为敏感,传播损失的概率分布更为分散。
负跃层环境下,当声源位于跃层下方时,起伏海底对位于跃层下方接收点的声传播影响更为明显。
等温层环境下,起伏海底对声传播的影响相比于跃层环境影响更小。
起伏海底的倾斜度越大,声传播损失越大。
对于相同倾斜度的起伏海底,相对起伏的大小,即起伏海底高度与海深的比值,比起伏周期的变化对声传播的影响更大。
【总页数】9页(P388-396)
【作者】刘代;李整林
【作者单位】中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室;中国科学院大学物理学院;中山大学海洋工程与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】O427.1
【相关文献】
1.深海海底斜坡环境下的声传播∗
2.深海海底山环境下声传播水平折射效应研究
3.浅海周期起伏海底环境下的声传播
4.海底地形起伏对浅海声传播的影响研究
5.海底地形起伏对浅海声传播的影响研究
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浅海温跃层对水声传播损失场的影响
浅海温跃层对水声传播损失场的影响潘长明;高飞;孙磊;王璐华;王本洪;李璨【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】基于声学调查实测传播损失数据和UMPE（ the University of Miami parabolic equation）模型仿真，研究东海近海温跃层对水声场的影响。
针对传统声学模型对不同水文要素和海洋过程难以综合考虑的限制，利用同一海域不同航次不同季节声学调查数据，综合海底地形、底质和海面实时气象水文特点，研究水声场声传播损失在浅海温跃层影响下的变化特征。
结果表明，水声传播损失场是声源和水听器间几何位置及水体温、盐要素的综合反映，水声场受温跃层季节变换强烈影响。
夏季正跃层海洋环境，传播损失随深度增加而较小；春季逆跃层海洋环境，声传播损失随深度增加而增大，无跃层时影响较小。
温跃层对高频声场环境影响较小，对低频声场环境影响较大。
【总页数】7页(P401-407)【作者】潘长明;高飞;孙磊;王璐华;王本洪;李璨【作者单位】海军海洋测绘研究所仪器设备研究室，天津300061;海军海洋测绘研究所仪器设备研究室，天津300061; 解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京211101;海军海洋测绘研究所仪器设备研究室，天津300061; 哈尔滨工程大学水声工程学院，黑龙江哈尔滨150001;解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京211101;海军海洋测绘研究所仪器设备研究室，天津300061;解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京211101【正文语种】中文【中图分类】P733.23【相关文献】1.浅海声速剖面和沉积层对低频声传播损失的影响 [J], 王尚可;刘文章;曲建夫;王志伟2.浅海水声信道模型差异对纠错码性能分析的影响 [J], 陈友淦;许肖梅;张兰;林梅英3.海面风场对环台湾岛海域温跃层的影响 [J], 毛园;沙文钰4.浅海沉积层声学特性对声传播损失的影响仿真研究 [J], 孙磊;高飞;邓玉芬;李中政;周家新5.基于Argo资料的深海温跃层对水声传播的影响分析与仿真 [J], 孙磊;高飞;潘长明;张韧;王本洪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
海底地形起伏对浅海声传播的影响研究
文章编号押2096-4730穴2021雪01-0059-06海底地形起伏对浅海声传播的影响研究肖瑞1，祝捍皓1,2，朱军1，陈超2，赵益智2，张念念2(1.浙江海洋大学船舶与海运学院，浙江舟山316022；2.浙江海洋大学海洋科学与技术学院，浙江舟山316022)摘要：利用有限元方法，实现了对浅海海底起伏环境下的声场数值模拟。
在验证有限元计算结果准确性的基础上，重点讨论了海底倾斜角度和海山对声传播特性的影响。
仿真结果表明海底地形起伏对声传播损失的影响不可忽略，液态海底下当水平传播距离达到4km时，倾斜角对声能量的影响可达30dB；受海山影响，其后方声传播损失相比忽略海山条件下最大可达20dB，且海山高度越高，声能量损失越严重。
关键词：有限元法；声传播；浅海海底；地形起伏中图分类号：P733.21文献标识码：AResearch on Acoustic Propagation Characteristics of Complex Sea Bottom Based on Finite Element MethodXIAO Rui1,ZHU Han-hao1,2,ZHU Jun1,et al(1.School of Naval Architecture and Maritime of Zhejiang Ocean University,Zhoushan316022；2.School of Marine Science and Technology of Zhejiang Ocean University,Zhoushan316022,China)Abstract:In this paper,the finite element method is used to simulate the sound field in the shallow sea bottom undulating environment.On the basis of verifying the correctness of the finite element calculation results,the influence of seabed inclination angle and seamount on sound propagation characteristics is discussed.The simulation results show that the influence of seafloor topography fluctuation on acoustic propagation loss cannot be neglected.When the horizontal propagation distance reaches4km under liquid sea bottom,the influence of tilt angle on acoustic energy can reach30dB.When it is affected by seamount,its rear acoustic propagation loss ignores seamount.Under conditions,the maximum can reach20dB,and the higher the seamount height,the more serious the acoustic energy loss.Key words:finite element method;sound propagation;shallow seabed;topographic relief声波是目前水下信息远距离传播最有效的载体，对声波在水下的传播问题长期以来均是国内外海洋物理领域的研究主题。
水下声场的动态特性与监测技术
水下声场的动态特性与监测技术哎呀，说起水下声场，这可真是个神秘又有趣的领域！你知道吗，水下世界就像一个充满奇妙声音的大舞台。
先来说说水下声场的动态特性吧。
想象一下，你潜入海底，周围的声音可不是杂乱无章的，它们有着自己的规律和特点。
比如说，不同深度的水压会影响声音的传播速度和强度。
在浅海区域，声音传播得相对较快，就好像声音在跑步比赛中一路领先；而到了深海，声音的速度会变慢，仿佛是跑累了需要喘口气。
还有啊，海洋中的水流、温度的变化，也会让水下声场变得像个调皮的孩子，一会儿这样，一会儿那样。
就拿我曾经的一次潜水经历来说吧。
那是一个阳光明媚的日子，我满怀期待地潜入了一片相对较深的海域。
刚开始，周围很安静，只有我自己呼吸的声音。
但当我继续下潜，渐渐地，各种声音开始钻进我的耳朵。
有小鱼快速游动时发出的“嗖嗖”声，有小虾在沙石上爬行的“沙沙”声。
突然，一群海豚从我身边游过，它们欢快的叫声在水中回荡，那声音清脆而响亮。
就在这时，水温突然下降，我明显感觉到声音也变得有些沉闷，好像被蒙上了一层厚厚的布。
这让我真切地感受到了水下声场动态特性的奇妙变化。
再来说说监测技术。
为了搞清楚水下声场的这些变化，科学家们可是想出了各种各样的高招。
有一种技术叫水听器阵列，就像是给水下世界安装了好多只灵敏的“耳朵”。
这些“耳朵”分布在不同的位置，可以同时接收来自各个方向的声音信号，然后通过复杂的算法和分析，就能知道水下声场的情况啦。
还有一种技术叫声学层析成像，这就像是给水下做了一个“CT 扫描”，能够清晰地呈现出声音在水中的传播路径和分布情况。
现在的监测技术越来越先进，就像给我们打开了一扇了解水下世界的新窗户。
但是，这也带来了一些挑战。
比如说，设备在水下长时间工作可能会受到腐蚀和损坏，这就需要我们不断改进材料和技术，让它们更加耐用可靠。
总之，水下声场的动态特性和监测技术充满了神秘和挑战，就像一个等待我们去探索的宝藏。
相信随着科技的不断进步，我们会对这个神奇的水下声音世界有更多更深入的了解！说不定未来的某一天，我们能够像在陆地上一样清晰地听到和理解水下的每一个声音，那该是多么令人兴奋的事情啊！。
水下声学探测的实验研究与应用
水下声学探测的实验研究与应用水下声学探测，这可是个相当有趣又充满神秘色彩的领域！想象一下，在深邃的海洋或者广阔的湖泊中，有一种神奇的力量能够帮我们“听”到隐藏在水下的秘密，这就是水下声学探测。
我记得有一次去海边度假，那天阳光正好，微风不燥。
我站在沙滩上，望着那片一望无际的蓝色海洋，心中充满了好奇和向往。
远处，一艘科考船缓缓驶过，那一瞬间，我突然想到了水下声学探测。
咱们先来说说实验研究这一块儿。
做水下声学探测的实验可不像在实验室里摆弄那些瓶瓶罐罐那么简单。
得准备各种各样复杂的设备，比如高精度的水听器、功率强大的声源，还有一堆用于数据采集和处理的仪器。
就拿水听器来说吧，这玩意儿就像是水下的“耳朵”，但它可比咱们的耳朵灵敏多了。
为了让它能准确地捕捉到水下的声音信号，得把它安装在合适的位置，角度、深度都有讲究。
有一回实验，因为安装的时候没注意角度，结果采集到的数据那叫一个乱七八糟，整个实验都得重新来过。
再说声源，这可是发出声音信号的关键。
有的声源能发出单一频率的声音，有的则能发出多种频率组合的复杂声音。
选择什么样的声源，得根据具体的探测目标和环境来决定。
有一次，为了模拟一种特殊的水下环境，我们特意选用了一种低频大功率的声源，那声音一发出，感觉整个水池都在震动。
在实验过程中，数据采集和处理也是至关重要的环节。
采集到的数据就像是一堆杂乱无章的拼图碎片，得通过各种算法和软件把它们拼凑成一幅完整清晰的图像。
有时候，为了处理那些海量的数据，电脑都得“累”得发烫。
说完实验研究，咱们再聊聊水下声学探测的应用。
它在海洋地质勘探方面可是大显身手。
通过探测海底地层反射回来的声音信号，地质学家们能够了解海底的地质结构，寻找石油、天然气等宝贵的资源。
想象一下，在茫茫大海底下，靠着声音就能找到那些隐藏的宝藏，是不是很神奇？在海洋生态研究中，水下声学探测也功不可没。
它可以用来监测鱼类的活动，了解它们的迁徙规律和群体行为。
研究人员通过分析鱼类发出的声音，就能知道它们在哪里、在干什么。
海洋技术 浅海声学研究及所面临的挑战
海洋技术▏浅海声学研究及所面临的挑战一、引言我国是海洋大国，沿海大陆架有一片浅海水域，这一得天独厚的地理优势使我国水声研究不断取得进展。
我国的水声学研究始于1958年，已故著名物理学家、中国科学院院士汪德昭负责组建了我国国防水声科研队伍。
经过几代人的努力，已发展出一套适合我国浅海特点的水声传播理论和应用技术，也出现了一批从事水声研究的科技骨干力量，其中有三位带头人先后当选为中科院院士。
国家声场、声信息重点实验室主任张仁和院士发展了一套快速解算声场结构的算法，并在实际中获得应用；国家自然科学基金委信息部主任侯朝焕院士在水声工程、数字系统集成方面取得重要成果；中科院声学所所长李启虎院士近年来多次应邀担任欧洲水声会议和北大西洋公约组织的水下防务技术会议分组主席，为国家争得了荣誉。
我国黄海、渤海、东海的大部分海域，及南海的近岸海域深度小于200米，海底以大陆架为主，是世界上最宽的大陆架区之一。
对于人类来说，大陆架和大陆坡有着极为重要的经济、社会和军事地位，其海域宽广，南北跨越温带、亚热带、热带等多个气候带，水温分布差异大，同时受黑潮和沿岸流的影响，极易形成沿岸锋面、涡旋、内波，以及其他各种的海洋现象，构成了尺度大小不同的特殊海洋结构。
海底沉积层则囊括了砂、粉砂、淤泥等多种类型。
声波在这种典型的浅海环境中传播受海洋学、地质学影响严重。
这些复杂的海洋环境既为我国科研人员提供了广阔的舞台，同时也对水声学的研究和应用带来了极大的困难。
海底对声波传播的影响很大。
声在浅海中的传播特征的重要因素是海底的反射本领。
因为海底沉积物的密度和声速一般都随深度而增加的缘故。
沉积物中的声速和声吸收系数，与其颗粒度和孔隙率有关。
沉积物对声的吸收，还随声波频率的增加而增加。
海底对声波的反射损失，与海底物质的密度、声速和声波的入射角有关。
一般说来，海底的密度愈大，声速愈高，反射损失愈小；声波频率愈高，海底的反射损失愈大。
二、浅海声学研究的必要性对许多海洋声学工作者来说，浅海指“声波波长数倍于海深的水域，简正波可有效描述其声场”。
水面和水下目标起伏声场差异性研究
水面和水下目标起伏声场差异性研究
谢志诚;葛辉良
【期刊名称】《声学与电子工程》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】为了探究声源深度起伏对水面和水下目标简正模声场影响的差异性，基于 Kraken 模型，针对浅海Pekeris波导环境，仿真研究了声源相对接收点静止和运动两种情形下由声源深度起伏造成的各阶简正模能量的波动特性，并构建了起伏统计量ESI加以描述，结果表明，水面目标的深度起伏使得各阶简正模的ESI都相对较大，而水下目标只有当其平均深度位于某阶简正模的波节位置时才会使得该阶模的 ESI 较大。
该文研究内容可以为水中目标的深度分类研究提供一种思路。
【总页数】6页(P24-29)
【作者】谢志诚;葛辉良
【作者单位】第七一五研究所，杭州，310023;第七一五研究所，杭州，310023【正文语种】中文
【相关文献】
1.海面波动引起的声场起伏特性研究
2.基于回波方位起伏特性的水下目标识别技术研究
3.浅海内波及声场起伏数值研究
4.太平洋不同海水层结条件下的内波波致声场起伏研究
5.基于LES和FW-H耦合的水面船舶声场研究
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海洋环境对声波的影响
海洋环境对声波的影响当我们谈到声音在空气中的传播，或许并不觉得太过神秘。
但一旦将场景切换到广阔无垠的海洋中，声波的传播就变得复杂而充满变数。
海洋环境对于声波的影响，是一个既引人入胜又充满科学奥秘的话题。
首先，海洋的温度分布是影响声波传播的一个重要因素。
海洋中的水温并非均匀一致，而是存在着明显的分层现象。
在不同的水温层中，声波的传播速度有所不同。
一般来说，温度越高，声波传播速度越快。
这就导致了声波在穿越不同温度的水层时会发生折射现象。
想象一下，声波就像一个在不同路况中奔跑的运动员，路况的变化会改变它的前进方向。
这种折射有时会使声波的传播路径变得弯曲，甚至可能导致声波在某些区域集中或分散，从而影响声音的传播范围和强度。
海洋中的盐度也是不能忽视的因素。
盐度的变化会改变海水的密度，进而影响声波的传播速度。
较高的盐度通常意味着海水的密度较大，声波传播速度也会相应增加。
这就好比在不同密度的介质中跑步，介质的密度越大，跑步的阻力和速度变化就越复杂。
而且，海洋中盐度的分布并不均匀，这使得声波在传播过程中不断面临着速度的变化，进一步增加了其传播路径的复杂性。
除了温度和盐度，海洋中的压力同样对声波有着显著的影响。
随着海洋深度的增加，压力会急剧增大。
这种压力的变化会导致海水的物理性质发生改变，从而影响声波的传播。
在深海中，高压环境使得声波传播速度更快。
这意味着声波在深海中的传播距离可能更远，但同时也可能因为压力的变化而产生衰减和失真。
海洋中的水流也是一个重要的影响因素。
无论是表层的海流还是深层的环流，都会带动海水流动。
当声波在流动的海水中传播时，就会像在移动的介质中传播一样，产生多普勒效应。
这会导致声波的频率发生变化，听起来就好像声音的音调发生了改变。
而且，水流的存在还可能导致声波的散射和反射，使声音的传播方向变得混乱，影响声音的传播效果。
海洋中的生物活动也会给声波传播带来影响。
比如，大量的鱼群游动、虾类的跳跃或者鲸鱼的鸣叫等，都会产生声音。
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平均声速
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的声波频率。 （ n 1） 当声波投射到海底时，会发生反射现象，生 成反射波，其反射系数与海底粗糙程度有着明显 [2] 的依赖关系。 2 实验参数 本次试验选取浅海负梯度温度跃层进行分
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环 境 工 程 2012 年 4 月第 30 卷增刊
图 4 黏土-粉砂底质
图 1 声速剖面
图 5、6、7 分别为细砂底质、粉砂底质和黏 土-粉砂底质对应的声波在海底处的传播衰减情 况。
由于不同质地的海底对声波的衰减系数不 同，因而同一频率声波在不同地质的浅海海域的 传播距离以及能量强度也不同，在相同的水深条 件下，声波的衰减随距离变化有着明显的差异。 细砂底质对声波衰减程度一般，但由于底质具有 漫反射性质，声波在海底存在十分频繁的打底现 象，声波能量因此消耗较多，但传播至 20000m 处声波能量仍有较多保留；粉砂底质对声波衰减 较为显著，距离 10000m 处，声波能量几乎消失； 黏土-粉砂底质对声波衰减率为实验底质中最小 的，因而声波传播较远，但由于其底质光滑，声 波打底现象明显，声波能量存在损失，因而在距 离 15000m 处声波能量明显减弱。
DOI:10.13205/j.hjgc.2012.s1.002
ห้องสมุดไป่ตู้
环 境 工 程 2012 年 4 月第 30 卷增刊
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浅海跃层底质对水下声的影响研究
董 楠 1 张永刚 1 张健雪 2 张旭 1 （1.海军大连舰艇学院，辽宁大连 116018；2.中国海洋大学环境学院，山东青岛 266100）
摘要：本文针对海底底质对水下噪声传播具有显著影响的现象，选取典型负梯度温度跃层，加载三个典型海底 底质，即细砂底质、粉砂底质及黏土-粉砂底质，声波参数为固定值。试验定性分析了浅海海底底质对水下声传 播的影响，仿真计算了海底底质对声传播的影响，比较分析了不同底质条件下声波的衰减差异，总结了不同底 质对水下声传播影响的特点，并同行参考。 关键词：声学；水下声传播；仿真；跃层底质；浅海
参考文献 [1] 刘清宇. 海洋中尺度现象下的声传播研究 [D]. [ 博 士学位论文]哈尔滨：哈尔滨工程大学 [2] 刘伯胜,雷家煜.水声学原理[M]. 哈尔滨：哈尔滨工 程大学出版社，2010 [3] 左书华. 现代海洋地质学及其发展[J]. 海洋地质动 态，2004:20(12)14-18 [4] 胡健伟， 赵志勇， 薛运华.C++数值算法 （第二版） [M]. 北京：电子工业出版社.2005:133-135，201-210 [5] 郑阿奇.Visual C++实用教程[M].北京：电子工业出 版社.2000:64-66, 70-72 [6] 曹念甫，传播模拟实验[J]，水声学论文集(第一 集),1965 作者简介：董楠（1980-） ，女，汉族，辽宁大连人，在读 博士研究生，目前主要从事军事海洋学的研究。 Email：450344118@ 2012-03-6 收稿
RESEARCH ON IMPACT OF SOUND PROPAGATION UNDER WATER BY BOTTOM SEDIMENT OF SHALLOW THERMOCLINE
Dong Nan1 Zhang Yonggang1 Zhang Jianxue2 Zhang Xu1 （1.Dept. of Scientific Research, Dalian Navy Academy, Dalian 116018, China； 2.College of Physical and Environmental Oceanography,Ocean University of China,Qingdao 266100，China） Abstract：This article is aimed on the obvious imapct of sound propagation by bottom sediment, and chooses a thermocline of typical negative gradient, calculate the propagation loss on three kinds of bottom sediment which are fine sand、silt and clayey-silt. The parameters of sound wave are constant. The article qualitative analysises the impact of sound propagation on bottom sediment, comparative analysises the characteristic of sound propagation on different bottom sediment under water, and for reference. Keyword：shallow；thermocline；bottom sediment；sound propagation under water 0 引言 在浅海海洋环境，海底底质特性成为限制水 下声传播的重要因素。海底的地质构成是多种多 样的，如软泥、细沙、粗砂、岩石等，不同性质 的海底对声波的反射和吸收也不同，因而对浅跃 层底的海底底质对声传播的研究将对进一步研究 水下噪声有着重要的意义。 1 基础理论 海底底质有明显的分层结构，但对于声波频 率，一般只关注表层质地的影响。表1给出了 Hamilton等人得到的海底沉积层声学参数的平均 [1] 数值 ，其衰减系数 与频率 f 的关系如下： 析，图1为该跃层声速剖面图，实验水深为100m， 深度步长为5m，水平距离20000m，距离步长为 200m。实验声源频率为500Hz，声源深度为水下 10m。 3 实验数据 本次试验选取较为典型的三类浅海海底底质 进行讨论，图 2、3、4 分别为细砂底质、粉砂底 质和黏土-粉砂底质对应的声波衰减示意图。
图 5 细砂底质 Fig5 Fine sand
图 6 粉砂底质 图 2 细砂底质
图 3 粉砂底质
图 7 黏土-粉砂底质
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由图可见， 对于细砂底质和黏土-粉砂底质而 言，声波在海底处衰减较为缓慢，能量损失较小， 粉砂底质对声波的衰减率较高其在海底处衰减率 较大。由于细砂底质具有频繁打底现象，声波在 海底处的衰减随距离变化较为剧烈； 而由于黏土粉砂底质表面较为光滑，声波在海底处的衰减随 距离变化较为缓慢； 由于粉砂底质 10000m 处声波 几乎被完全衰减，因而距离范围 0m~10000m 内， 声波在海底处衰减随距离变化剧烈，距离范围 10000m~20000m 内，声波在海底处的衰减随距离 变化较为缓慢。 4 结论 不同底质的海底对声波的衰减系数不同，同 一频率声波在不同底质的浅海海域的传播距离和 能量强度也不同，相同水深条件下，声波的衰减 随距离变化也有着明显的差异。 细砂底质：对声波衰减程度一般，但由于底 质具有漫反射性质，声波在海底存在频繁的打底 现象，声波能量消耗较多，但由于衰减率低，因 而声波传至 20000m 处其量仍有较多保留， 且声波 在海底处的衰减随距离变化曲线斜率较小。 粉砂底质：对声波衰减较为显著，距离 10000m 处，声波能量几乎消失，在海底处衰减率 较大，且声波在海底处的衰减随距离变化曲线斜 率较大。由于声波在 10000m 处几乎被完全衰减，
因而距离范围 0m~10000m 内，声波在海底处衰减 随距离变化剧烈，距离范围 10000m~20000m 内， 声波在海底处的衰减随距离变化较为缓慢。 黏土-粉砂底质对声波衰减率为实验底质中 最小的，因而声波传播较远，但由于其底质光滑， 声波打底现象明显，声波能量存在损失，在距离 15000m 处声波能量明显减弱，声波在海底处的衰 减随距离变化较为缓慢，能量损失较小。
k f n dB / Km 其中 k 及 n 是经验常数， f 是以 KH 2 为单位
2.034 1.957 1.856 1.772 1.771 1.767 1.596 1.488 1.421
1836 1749 1702 1646 1652 1615 1579 1549 1520
衰减系数 dB/m-kHz 0.479 0.510 0.673 0.692 0.756 0.673 0.113 0.095 0.078