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分层不均匀海水介质中的声场分析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:如太平洋的同一海域海水温度和盐度随测量点的变化,等温线和等盐度线几乎是水平分布的,因此海中声速也近似为水平分层变化。水声通信的工作频率为几千赫兹以上,适合采用射线声学理论研究声场的分布。在深水区的海面附近,由于太阳的辐射,水温较高,因而声速较高。在深部等温层中由静压力造成正声速梯度,从而出现声速极小值而形成较为稳定的深海声道。利用精确测量沿深海声道轴传播的爆炸声到达的时间,可进行大地测距。

分层不均匀海水介质中的声场分析

海中声速,尤其是垂直梯度,是影响声波在海中传播最基本的物理参数之一,声学基础指出,声速C

式中,ρ为海水密度;

KS为绝热压缩系数

海水ρKS是温度T、盐度S和静压力P的函数,因而,海中声速C也是TSP的函数,并随其增加而增大,其中以温度的影响最显著。如太平洋的同一海域海水温度和盐度随测量点的变化,等温线和等盐度线几乎是水平分布的,因此海中声速也近似为水平分层变化。(www.xing528.com)

海水中,温度每增加1℃,声速近似增加4m/s;盐度每增加1,声速增加1.14m/s;压力增加1atm(1atm=1.01×105Pa相当于海深增加10m),声速仅增0.175m/s。但上千米的深海中,那里的TS相对稳定,压力的增加是声速C随深度增加的主要原因。

水声通信的工作频率为几千赫兹以上,适合采用射线声学理论研究声场的分布。

在深水区的海面附近,由于太阳的辐射,水温较高,因而声速较高。在深部等温层中由静压力造成正声速梯度,从而出现声速极小值而形成较为稳定的深海声道。声速极小值的位置(声道轴)与纬度有关。由于声速极小值的存在,当辐射声源在声道轴附近时,由声源射出的某些角度的声线被保留在声道内。由于声线集中在厚度有限的层中,在传播时不为海面所散射,也不经受海底反射损失,就使得频率较低的声波,由于吸收很小而能传播得很远,声波在深海声道中的超远传播现象在20世纪40年代已发现。已经有例子,如远离6000km的海洋爆炸能被收听到。也能预告当海底火山爆发和海底地震时由海啸所引起的波浪出现。利用精确测量沿深海声道轴传播的爆炸声到达的时间,可进行大地测距。

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