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内波致声传播起伏与内孤立波特征探测

刘全生  
【摘要】:海洋内部的不均匀性是影响声传播的重要因素。在内波多发的季节里,内波是造成声场起伏的主要原因。海洋内波包括线性和非线性内波,且通常表现为二者的迭加。研究内波引起的声场起伏主要包括两个方面,首先是确定内波模型参数,然后是选择合适的声传播模型。 本文利用CTD数据及线性内波模型,并结合内波的GM谱特性,求得线性内波的垂直位移。根据线性内波的垂直位移与声速扰动的关系,研究存在线性内波时声速的时空变化规律。在此基础上,利用线性内波的模态函数确定孤立子内波模型(KdV方程)的系数,研究存在孤立子内波时声速的时空变化规律。结果表明:线性内波和孤立子内波对声速的扰动都有一定的影响,但对整个声速场来讲,由于孤立子内波的影响范围较小,故线性内波对声速的扰动起主要作用。 结合二维声传播PE模型,对存在线性内波时的声场进行求解,对于线性内波计算出不同声源深度、不同发射频率的传播损失随距离的变化规律,并与无内波时计算结果进行对比,求得线性内波引起的声强衰减的分贝数;对孤立子内波计算了不同的孤立子振幅、不同声源深度、不同发射频率的传播损失随距离的变化规律。计算结果表明:对整个声场而言,因为线性内波的影响范围大,故相对于孤立子来说,它对声传播的影响显著;另外,随着孤立子振幅增大,孤立子引起的声传播损失会变大;由于负梯度跃层的缘故,无论声源位于跃层内部还是外部,在同样的接收距离处,通常跃层以下的声强度要大于跃层以上的声强;对固定的声源深度,发射频率大的声场对应的声强起伏大,且相邻距离处起伏的强度很剧烈;若发射频率较大,当声源位于跃层内部时,海水底部形成一个一定水平距离范围内的影区,当声源位于海水底部时,不会形成影区。 根据海洋声场与内波场的关系,建立了内孤立波特征参数反演模型,结合从SAR图像中提取的孤立子内波部分参数,利用声传播损失的信息进行孤立子内波振幅的反演。最后,对反演模型进行了验证,结果表明该方法是可行的。


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