海洋声学技术和仪器
海洋仪器简介介绍
多波束测深系统通过同时发射多个声波束，并对每个波束的反 射信号进行接收和处理，从而获取海底地形的高精度测量数据
。
多波束测深系统应用于海底地形测量、海洋工程勘察、航道测 量等领域。
多波束测深系统由换能器阵列、发射接收器、数据采集与处理 系统等组成。
02
海洋观测仪器
温盐深测量仪（CTD）
重要海洋观测仪器
温盐深测量仪（CTD）是一种重要的海洋观测仪器，用于测量海水的温度、盐度和深度。它通常由温度传感器、电导率传感 器和压力传感器组成。CTD仪器通过测量海水的温度、盐度和压力，可以提供海洋水文、海洋气象、海洋化学等方面的信息 ，对海洋科学研究、海洋资源开发、海洋环境保护等领域具有重要意义。
海洋仪器简介介绍
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目录
• 海洋仪器概述 • 海洋观测仪器 • 海洋探测仪器 • 海洋数据处理与分析方法
01
海洋仪器概述
海洋仪器的定义与分类
定义：海洋仪器是指专门用于观测、测量、记录、分析海 洋环境要素及其变化的设备与系统。
分类
物理海洋仪器：用于测量海水的温度、盐度、密度、压力 、流速等物理参数。
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海洋资源开发：通过海洋仪器观测数据，可以合理规划 和开发海洋资源，如渔业、油气等。
实际应用
灾害预警与防御：海洋仪器能够实时监测海洋环境要素 ，为台风、海啸等灾害的预警和防御提供关键信息。
环境保护与治理：通过观测和分析海洋仪器数据，可以 及时发现和治理海洋污染，保护海洋生态环境。
因此，海洋仪器在海洋科学研究和实际应用中发挥着不 可替代的作用，是推动海洋科学发展和保护海洋环境的 重要工具。
随着电子技术的发展，海洋仪器 开始采用电子传感器、集成电路 等，提高了观测的精度和实时性
使用测绘技术进行海洋测绘的方法
使用测绘技术进行海洋测绘的方法概述：海洋测绘是为了更好地了解和利用海洋资源而进行的一项技术活动。
随着科技的发展和对海洋的认识不断提升，测绘技术在海洋领域的应用也越来越广泛。
本文将介绍一些常用的海洋测绘方法，包括声学测深、卫星遥感、多波束测绘和潜水测绘。
声学测深：声学测深是最常用的海洋测绘方法之一。
它利用声波在水中传播的特点来获取水深信息。
声波在水中传播速度固定，可以通过测量声波从发射器到接收器所需的时间来计算水深。
这种方法的优点是精度较高，并且可以在海洋中大范围使用。
然而，它在深海和海底地貌复杂的地区可能会受到一些限制。
卫星遥感：卫星遥感是一种基于卫星图像获取海洋信息的方法。
利用卫星搭载的高分辨率摄像头，可以拍摄到海洋表面的图像。
通过对这些图像的分析处理，可以获取海洋的表面温度、色素浓度、浮游生物密度等信息。
卫星遥感具有广覆盖范围和高时效性的特点，可以迅速提供大范围的海洋信息。
多波束测绘：多波束测绘是一种基于声学技术的海洋测绘方法。
与传统的声学测深方法不同，多波束测绘可以同时获取多个方向上的水深数据，从而形成一幅三维的海底地形图。
这种方法的优点是数据获取速度快，测绘结果准确度高。
多波束测绘常用于航道测绘、海底工程勘测等需求精度较高的应用。
潜水测绘：潜水测绘是一种通过潜水员下潜到水下进行测量的方法。
潜水员携带各种测量仪器，直接通过观察和测量来获取水下的地貌、生态等信息。
这种方法的优点是可以进行目视观测，获取更为直观的信息，适用于对小范围目标的测绘。
综合应用：除了上述单一的测绘方法外，实际的海洋测绘通常会综合运用多种技术。
例如，利用声学测深获取整个测区的水深数据，并结合卫星遥感图像来分析海洋的表面特征；或者在进行多波束测绘时，潜水员可以下潜进行目视观察来验证测量结果的准确性。
不同的测绘方法相互协作，可以提高测绘结果的精度和可信度。
结论：随着测绘技术的持续发展和创新，海洋测绘的方法也在不断进步。
声学测深、卫星遥感、多波束测绘和潜水测绘等方法，各自具备不同的优缺点，但可以相互补充和协作，提高海洋测绘的效率和准确性。
声学技术在海洋生态研究中的应用
声学技术在海洋生态研究中的应用在广袤无垠的海洋世界中，声学技术正逐渐成为探索和理解海洋生态的一把重要钥匙。
海洋覆盖了地球表面约 70%的面积，其内部的生态系统复杂而神秘。
声学技术的出现，为我们揭开了海洋生态的诸多面纱，提供了全新的视角和研究手段。
声学技术之所以能在海洋生态研究中发挥重要作用，首先在于声音在海洋中的传播特性。
与在空气中相比，声音在海水中传播时的衰减相对较小，能够传播更远的距离。
这使得声波成为了在海洋中进行远距离信息传递和探测的理想工具。
例如，通过发射特定频率的声波并接收其回波，我们可以了解海洋的地形地貌、水体结构等信息。
在海洋生态研究中，声学技术在海洋生物监测方面表现出色。
许多海洋生物会发出独特的声音，这些声音包含了它们的行为、生理状态以及与周围环境的相互作用等丰富信息。
比如，鲸鱼的歌声可以揭示其迁徙路线、繁殖行为和社交活动。
通过长期监测鲸鱼歌声的变化，科学家能够了解鲸鱼种群的动态变化以及海洋环境对它们的影响。
同样，海豚的叫声、鱼类的发声等也都为我们研究它们的生态习性提供了宝贵线索。
此外，声学技术还可以用于评估海洋生物的数量和分布。
传统的生物调查方法，如拖网捕捞，往往具有破坏性且难以覆盖大面积海域。
而声学方法则可以在不干扰生物的情况下进行大规模监测。
例如，使用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）可以探测到海洋中浮游生物和小鱼群的运动，从而推算出它们的数量和分布。
这种非侵入式的监测方式不仅减少了对海洋生态系统的干扰，还能提供更准确和全面的数据。
对于海洋生态系统中的重要组成部分——海底栖息地，声学技术同样具有重要价值。
多波束测深系统能够绘制出高精度的海底地形图，帮助我们了解海底地貌的特征，如峡谷、海山、大陆架等。
这些地形特征与海洋流场相互作用，影响着海洋生物的栖息地选择和分布。
同时，侧扫声呐可以探测到海底的沉积物类型、岩石分布等信息，为研究海底生态环境提供基础数据。
声学技术在海洋生态系统的食物网研究中也发挥着关键作用。
水下声学技术在海洋科学中的应用
水下声学技术在海洋科学中的应用水下声学技术是一种运用声波在水下传播和反射的特性进行测量和研究的技术。
它在海洋科学中有着广泛的应用，从海洋生物学到海洋地质学，都离不开这一技术的支持。
本文将介绍水下声学技术在海洋科学领域的应用，并探讨其对海洋科学研究的重要意义。
一、声纳技术在海洋生物学研究中的应用声纳技术是水下声学技术中的一项重要应用，它可以通过发送声波并接收其回波来获取水下生物的存在和分布信息。
声纳技术可以帮助科学家对鱼群的数量、大小、行为进行监测和研究，进而了解鱼类的迁徙规律和生态习性。
此外，声纳技术还可以用于探测水下生物的声音信号，帮助科学家研究鲸类、海豚等水下哺乳动物的行为和语言交流。
二、测深仪在海洋地质学研究中的应用测深仪是一种利用声波传播速度来测量海洋底部的深度的设备。
它通过发送声波至海底，测量声波从发送到回波返回所需的时间，并根据声波传播速度计算出海底的深度。
这项技术在海洋地质学研究中起着至关重要的作用，可以帮助科学家研究海底地貌、沉积物的分布以及地壳活动等。
三、声呐在海洋导航与定位中的应用声呐是一种利用声波进行距离测量和定位的设备。
它通过发送声波并接收其回波来计算目标物体与声呐的距离，并通过不断重复测量来确定目标物体的位置。
声呐在海洋导航与定位中起着至关重要的作用，可以帮助海上船舶和潜水器准确定位，并进行航线规划和海底设施布置。
四、声学模拟在海洋工程中的应用声学模拟是一种利用计算机模拟声波在海洋中传播与反射的过程的技术。
它可以模拟不同水深、不同底质的海洋环境，并预测声波传播与反射的效果。
声学模拟在海洋工程中的应用将帮助科学家和工程师评估和改进海洋工程设计，例如海洋油气勘探与开发、海底光缆布线等。
综上所述，水下声学技术在海洋科学中是一项不可或缺的工具。
它不仅帮助科学家们更好地了解水下生物的行为和生态，也为海洋地质学研究提供了重要的数据支持。
此外，水下声学技术在海洋导航与定位以及海洋工程中的应用也使得相关领域的研究和工作更加高效和精准。
海洋声学技术在生态研究中的应用
海洋声学技术在生态研究中的应用在广袤无垠的海洋世界中，生态系统复杂而神秘。
为了更好地了解海洋生态，科学家们不断探索和创新研究方法，其中海洋声学技术正发挥着日益重要的作用。
海洋声学技术，简单来说，就是利用声音在海洋中的传播特性来获取信息的一系列技术手段。
声音在海洋中的传播速度比在空气中快得多，而且能够传播很远的距离。
这一特性使得声音成为了研究海洋生态的有效工具。
首先，海洋声学技术在海洋生物监测方面表现出色。
通过声学监测设备，我们可以探测到海洋生物发出的各种声音。
比如，鲸鱼会发出独特的低频叫声，海豚则有着高频的“哨声”和“滴答声”。
这些声音不仅能够帮助我们确定它们的位置，还能反映它们的行为和状态。
例如，当鲸鱼的叫声频率或模式发生变化时，可能意味着它们的生存环境或健康状况出现了问题。
此外，声学技术还能用于鱼类的监测。
不同种类的鱼在游动和觅食时会产生不同的声音。
通过对这些声音的分析，我们可以了解鱼类的种类、数量、分布以及它们的活动规律。
这对于渔业资源的评估和管理具有重要意义。
比如，如果监测到某个海域中某种经济鱼类的数量减少，相关部门就可以及时采取措施，限制捕捞，以保护该物种的生存和繁衍。
海洋声学技术在海洋生态系统的结构和功能研究中也发挥着关键作用。
海洋中的物理环境，如海底地形、水流等，会对声音的传播产生影响。
通过研究声音在海洋中的传播特征，我们可以反推出海洋的物理结构。
例如，声波在遇到海底山脉、海沟等地形时会发生反射和折射，通过分析这些反射和折射的声波，我们可以绘制出海底的地形地貌图。
同时，声音在海洋生态系统的能量传递和物质循环中也扮演着重要角色。
浮游生物在摄食和运动时会产生微小的声音，这些声音可以反映浮游生物的密度和分布。
而浮游生物是海洋食物链的基础，它们的数量和分布变化会影响整个海洋生态系统的平衡。
因此，通过声学监测浮游生物，我们可以更好地理解海洋生态系统的能量流动和物质循环过程。
在海洋生态保护方面，海洋声学技术同样具有巨大的潜力。
海洋技术专业声学基础知识点总结
海洋技术专业声学基础知识点总结示例文章篇一：《海洋技术专业声学基础知识点总结》嘿，大家好呀！今天我想和大家聊聊海洋技术专业里超级有趣的声学基础知识点。
我呀，就像一个在知识海洋里探险的小水手，在这个声学的小岛上发现了好多宝藏呢。
声学在海洋技术里那可是相当重要的。
就好比在一个超级大的黑暗森林里，声学就是我们的眼睛和耳朵。
海洋那么大，又那么深，黑乎乎的海底世界，要是没有声学，我们就像盲人摸象一样，啥都搞不清楚。
咱们先来说说声音在海洋里是怎么传播的吧。
声音在海洋里传播就像小水滴在荷叶上滚动一样，不过要复杂得多。
海水可不是均匀的，它有温度、盐度还有压力的变化。
这些变化就像路上的小石子，会让声音这个小皮球弹来弹去。
比如说，温度高的海水，声音跑起来就像小兔子一样快；温度低的呢，声音就慢悠悠的，像个小蜗牛。
盐度也会影响声音传播的速度，就像不同的赛道对小赛车的速度有影响一样。
压力也来捣乱，越深的地方压力越大，声音传播速度又不一样啦。
在海洋里，还有一种很神奇的现象叫声道轴。
这就像海洋里的一条秘密通道。
在这个声道轴附近，声音可以传播得特别远。
我就想啊，这声道轴是不是海洋给声音开的一条特殊的高速公路呢？在这条高速公路上，声音就可以欢快地奔跑，把信息带到很远很远的地方。
然后咱们再讲讲海洋里的那些声学设备。
有一个很厉害的东西叫水听器。
水听器就像是海洋的小耳朵，它静静地待在海里，专门听那些声音的小秘密。
我想象水听器就像一个超级灵敏的小侦探，任何一点声音都逃不过它的耳朵。
比如说鲸鱼唱歌的声音，海豚互相聊天的声音，还有那些神秘的海底火山爆发的声音，水听器都能把它们捕捉到。
还有声呐呢，声呐可就更酷了。
它就像海洋里的手电筒，不过这个手电筒不是照亮黑暗，而是用声音来探测周围的东西。
声呐发射出声音，然后等着声音碰到东西反射回来。
就像我们在一个黑暗的大房间里，扔出一个小皮球，然后根据小皮球弹回来的方向和时间，就能知道房间里有什么东西啦。
有一次我在书上看到，科学家们用声呐发现了一艘超级古老的沉船，哇，那一刻我觉得声呐就像一个魔法棒，一下子把隐藏在海底的宝藏给找出来了。
深海探测装备的声学技术在海洋矿产勘探开发中的应用
深海探测装备的声学技术在海洋矿产勘探开发中的应用近年来，随着人类对海洋矿产资源需求的增加，深海矿产勘探开发成为国际上的热门领域。
然而，由于海洋深处环境复杂、压力巨大、光线极度稀缺，传统的勘探手段存在各种限制。
为了解决这一问题，声学技术成为深海探测装备中不可或缺的一部分，广泛应用于海洋矿产勘探开发中。
声学技术是利用声波的传播和反射原理进行探测和定位的一种技术手段。
在深海探测装备中，声学技术主要包括声纳、声呐和声学测量仪器等。
通过声学技术，可以获取海洋底部的地质信息，识别矿产资源的分布情况，为海洋矿产勘探开发提供可靠的科学依据。
首先，声音在水中传播的特性决定了声学技术在深海探测装备中的重要性。
水的密度比空气大约800倍，声波在水中的传播速度约为1500米/秒，远远高于在空气中的传播速度。
这使得声波在水中传播的距离远大于在空气中的传播距离，使得声学技术成为深海探测装备中的理想选择。
利用声学技术，可以通过声纳等装置发射声波并接收其反射波，根据声波在水中的传播时间和反射强度等信息，确定目标物体的位置、形状等特征。
其次，声学技术在深海探测装备中的应用领域广泛。
常见的应用包括海底地质勘探、海底矿产勘探、海洋生物学研究等。
在海底地质勘探中，通过声学技术可以测量水深、地壳厚度等参数，探测地下沉积物的类型和分布，为矿产勘探提供基础数据。
在海底矿产勘探中，声学技术可以用于识别矿产资源的位置和规模，并对矿产资源进行评估和开发规划。
同时，声学技术还可以应用于海洋生物学研究中，通过声学测量仪器可以监测海洋生物的分布和迁徙规律，保护海洋生态环境。
另外，声学技术在海洋矿产勘探开发中的应用还存在一些挑战和问题。
由于深海环境复杂、水下噪声干扰大，声学信号的传播受到很多因素的影响，使得探测的精度和准确性受到一定限制。
同时，声波在海洋中传播会产生衍射、折射、散射等现象，导致声波在传播过程中能量损失，限制了深海矿产勘探的深度和范围。
此外，声学技术还面临着数据处理、分析和解释的问题，需要借助先进的算法和模型来提高勘探效果和可靠性。
海洋仪器设备定义
海洋仪器设备定义
海洋仪器设备是指用于在海洋环境中进行科学研究、资源调查、海洋工程等领域的仪器设备。
它们可以帮助科学家和工程师观测和测量海洋环境的各种参数，以获取相关数据和信息。
海洋仪器设备包括但不限于以下几种类型：
1. 海洋观测仪器：用于监测海洋环境的仪器，例如温度计、盐度计、浮标、气象站等。
2. 海底测量仪器：用于测量海底地形、地质构造、地壳运动等的设备，例如声纳、多波束测深仪、地震探测仪等。
3. 海洋声学仪器：用于测量和研究海洋中的声波传播特性和生物声学现象的仪器，例如声纳、水下听觉设备等。
4. 海洋遥感仪器：用于通过遥感技术获取海洋地表和水体特征的仪器，例如卫星遥感仪器、激光雷达等。
5. 海洋环境化学仪器：用于测量海洋水体中各种化学参数的仪器，例如PH计、溶解氧仪、氮、磷分析仪等。
6. 海洋生物学仪器：用于研究海洋生物及其生态系统的仪器，例如水下摄像设备、流式细胞仪等。
7. 海洋工程仪器：用于海洋工程勘探、开发和施工的仪器设备，例如潜水器、遥控无人潜水器、浮力平台等。
这些海洋仪器设备在海洋科学研究、海洋资源开发、海洋环境保护等方面发挥着重要的作用，能够帮助人们更好地了解和利用海洋资源，保护海洋环境。
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XBT ——eXpendable BathyThermograph
声速梯度
3、海洋中声速变化
海洋中声速的垂直分层性质 实测海洋等温线和等盐度线几乎是水平平行的， 也就是说，声速近似为水平分层变化。
c x , y , z c z
声速梯度
dc 声速梯度： g c aT gT aS g S aP g P dz
声速梯度
海洋中声速的基本结构 浅海声速剖面： 浅海声速剖面分 布具有明显的季节特 征。在冬季，大多属
于等温层的声速剖面
，夏季为负跃变层声
速梯度剖面。
声速梯度
海水温度起伏变化 • 描述海洋声速变化粗略近似：将温度和声速看成不 随时间变化，只随深度变化；
• 等温层是宏观而言，微观而言温度随时间起伏变化。
这时声波被固定在一定范围内，
就像被一个“管子”套住了一样， 这个“管子”就是海洋声道。 由于没有扩散， 所以声波在声道中可以传播到数千海里之外。
声速梯度
声速垂直分布分类 深海声道声速分布： 特点：在某一深 度处有一声速最
Zm
c0
c
c0
Zm
c
小值。
Z
Z
声音在海洋中是怎样衰减的？
生活中我们都有这种体会，要是两个人相距不远，就可以 小声交谈；距离一远，就要大声叫喊了；超过一定的距离 后，即使再大声吆喝，也是听不见的。和在空气中的情况 一样，海洋里的声音也会随着传播距离的增加而变得越来 越小，并且最终消失得无影无踪。这种现象通常被称为声 音的衰减。那么，声音为什么会衰减呢？科学家们发现导 致声音衰减的原因有两个，一个是扩散，一个是吸收。所 谓扩散是指随着距离的增加，声音覆盖的范围越来越大， 由于能量越来越分散，所以强度越来越小，就像离开电灯 泡越远的地方越不亮一样。事实上，声音无论是在气体、 固体，还是在液体中传播时总有一部分能量转化为热能， 因此，随着传播距离的增加声能也不断减小，这就是通常 所说的吸收了。
（1）表面层（表面等温 层或混合层）： 海洋表面受到阳光照 射，水温较高，但又受到 风雨搅拌作用。
声速梯度
海洋中声速的基本结构
典型深海声速剖面：
（2）季节跃变层：
在表面层之下，特征 是负温度梯度或负声速梯 度，此梯度随季节而异。 夏、秋季节，跃变层明 显；冬、春（北冰洋）季 节，跃变层与表面层合并 在一起。
之内传播的现象，就是人们通常所讲的“声道”效应了。
声波在海水中传播时也有类似的现象。我们知道，在固定跃层中声速随深度
的增加迅速减小，当降到某个限度时，就会进入深海等温层，在深海等温 层中由于压力增加声速反而会加快。也就是说，在固定跃层与深海等温层 交界的地方声速达到了最小值，从这一交界处无论向上还是向下声速都会 增加。另一方面，由于声波在传播中，总是具有向声速比较低的水层弯曲 的特性，所以，在这两层中激发的声波不能越出这条声带，而是曲折地沿 声道的轴线(两层的分界线，位于声速最小值处向前传播，
上式适用范围：-3℃<T<30℃、33‰<S<37‰
1.013105 N / m2 1个大气压 P 980 105 N / m2
海水中的声速
精确计算声速有什么意义？
声速的数值变化虽然微小，但它对长距离 传播声线的分布、射程、传播时间等量的影 响很大，因此需要有准确的声速数值。
海水中的声速
2、声速测量
声速仪是声学装置： •声循环原理工作：
前一个脉冲到达接收
器，触发后一个脉冲从 发射器发出，记录每秒 钟脉冲的发射次数f，发 射器和接收器的距离L已
知。
•声速：c=fL。
海水中的声速
2、声速测量
声速剖面仪SVP——
Sound Velocity Profile 温盐深测量仪CTD— Conductivity, Temperature, Depth
• 温度起伏在下午和靠近海面最大。
• 温度起伏原因多种多样：湍流、海面波浪、涡旋和
海中内波等因素。
海洋声道
到过北京天坛公园的人都会注意到回音壁的奇异现象。回
音壁是圆周形的墙壁，在墙壁边上小声说话。对面距离很
远的地方，只要靠近墙壁，就能清晰地听到说话的声音。 这种声音沿墙壁传输，声能集中在距墙壁不远的同心圆环
第十四章
什么是海洋声学？
பைடு நூலகம்
海洋声学是研究声波在海洋中的传播特点和规律，并利用 声波探测海洋的学科。它是海洋学和声学的边缘学科。海 洋声学的基本内容包括三方面： （1）声在海洋中的传播规律和海洋条件对声传播的影响。 主要包括不同水文条件和底质条件下的声波传播规律，海 底对声波传播的影响，海水对声的吸收，声波的起伏、散 射和海洋噪声等问题； （2）利用声波探测海洋。利用声波不仅能测出大海的深 度，甚至还能发现在海底蕴藏的石油； （3）海洋声学技术和仪器。各种不同类型的声纳设备正 是海洋学技术中的佼佼者。海洋声学的研究不仅解开了许 多海洋之谜，也为人类开发海洋、利用海洋提供了许多有 效的途径。
观测要素
海水声速 声速梯度 声速跃层 水下声道
海水中的声速
声速经验公式
海洋中的声速c（m/s）随温度T（℃）、盐度S （‰）、压力P（kg/cm2）的增大而增大。 经验公式是许多海上测量实验的总结得到的， 常用的经验公式为：
c 1449 .22 cT cS cP cSTP
根据乌德公式
aT 4.21 0.074T
m s
/
C
a S 1.14
a P 0.175
m s
m s atm
声速梯度
gc 4.21 0.074T gT 1.14 g S 0.175g P
声速梯度
海洋中声速的基本结构
典型深海声速剖面：
温度分布“三层结构”：
乌德公式
c 1450 4.21 T 0.037 T 1.14S 35 0.175P
2
P的单位是大气压。
海水中的声速
2、声速测量
测量仪器设备：温度深度记录仪和声速仪 。 温度深度记录仪： 通过热敏探头测量 水中温度，同时通
过压力传感器给出
深度信息，可以转 换给出声速。
海水中的声速
声速梯度
海洋中声速的基本结构
典型深海声速剖面：
（3）主跃变层：
温度随深度巨变的层， 特征是负的温度梯度或负 声速梯度，季节对它的影 响微弱。
声速梯度
海洋中声速的基本结构
典型深海声速剖面：
（4）深海等温层：
在深海内部，水温比 较低而且稳定，特征是正 声速梯度。
在主跃变层（负）和深海 等温层（正）之间，有一 声速极小值—声道轴。