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等效声速剖面的反演研究

孙军平  
【摘要】: 目前,用声学方法对海洋环境参数反演是国内外的研究热点领域,而且经过40多年的海内外众多科学家的努力已经取得很大进展。如何准确的、快速的反演所需要的海洋参数是该领域工作的重点。在这方面的突破将有非常高的理论与应用价值,我们对浩瀚的海洋的了解将变得更加容易,对海洋的监测会变得更加简单、快捷。 真实的海洋声场传播环境复杂多变,特别是声速剖面的变化对声信号的传播影响巨大,本文主要致力海洋等效声速剖面或者温度、盐度场的反演研究。与射线理论相比,简正波理论比较适合应用于复杂的海洋环境,本文主要基于简正波模态匹配方法,结合经验正交函数、经验模态分解方法和全局搜索的遗传算法,进行等效声速剖面或者温度、盐度场的反演研究。利用吕宋海峡、黄海的温盐实测数据,进行了反演算法的数值模拟分析,验证了算法的可靠性,并利用实际海上声学实验数据,进行了等效温度剖面反演的应用研究。 在应用遗传算法过程中对其不足进行了一定的改进,用实值编码提高精度,保存每代中最优解提高收敛速度,设定种群个体相似度的跳出阈,保证种群的多样性,从第三章模拟处理结果看,改进的遗传算法是比较稳定的。 采用数值模拟方法,对吕宋海峡附近海区1991年和1997年全年月平均声速剖面进行了反演对比,由于历史数据较少,中上水层误差较大,为了更好地处理吕宋海峡温盐数据,引入了经验模态分解方法,弥补了数据不足的缺点,再结合经验正交函数方法,对温盐信息进行了有效提取。利用黄海数据简单讨论了简正波信息对反演的影响。 应用实际声学观测数据,采用了分段等效的方法,解决两条实验船位置处两点深度不一、温度剖面变化相差大的难点,对水平不均匀分布的声速剖面进行反演,并同时对水平不均匀性分段距离进行反演,取得了积极地效果。


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