海洋的声学特性1

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1、第三章海洋的声学特性第二章知识要点介质的特性阻抗与声阻抗率平面波球面波柱面波发生全透射的条件、特点发生全反射的条件、特点发生全内反射的条件、特点等间距均匀点源离散直线阵的方向性函数2CollegeofUnderwaterAcousticEngineering主瓣、栅瓣、旁瓣的位置主极大、副极大、次极大、零点的位置方向锐角或波束宽度、-3dB波束宽度波束宽度与基阵孔径、声波频率的关系可逆换能器阵的发射方向性与接收方向性关系3CollegeofUnderwaterAcousticEngineering本讲主要内容声速经验公式（了解）

2、海洋中声速的变化（重点）传播衰减概述（重点）纯水和海水的超吸收（重点）非均匀液体中的声衰减（了解）4CollegeofUnderwaterAcousticEngineering1．海水中的声速声速(SoundSpeed)：海洋中重要的声学参数，也是海洋中声传播的最基本物理参数流体介质中，声波为弹性纵波，声速为：式中，密度和绝热压缩系数都是温度T、盐度S和静压力P的函数，因此，声速也是Temperature、Salinity、Pressure的函数。5CollegeofUnderwaterAcousticEngineering声速经

3、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总结得到的。注意：单位海水中盐度变化不大，典型值35‰；经常用深度替代静压力，每下降10m水深近似增加1个大气压的压力。6CollegeofUnderwaterAcousticEngineering式中，压力P单位是大气压乌德公式7CollegeofUnderwaterAcousticEngineering声速测量声速剖面仪SVP——SoundVelocityProfile温盐深测量仪CTD—Conductiv

4、ity,Temperature,Depth抛弃式温度测量仪XBT——eXpendableBathyThermograph8CollegeofUnderwaterAcousticEngineering2001年中美联合亚洲海水声实验9CollegeofUnderwaterAcousticEngineering2002年海上实验10CollegeofUnderwaterAcousticEngineering2006年海上实验11CollegeofUnderwaterAcousticEngineering海洋中的声速变化海洋中声速的垂直

5、分层性质声速梯度温度变化1度，声速变化约4m/s盐度变化1‰，声速变化约1m/s压力变化1个大气压，声速变化约0.2m/s12CollegeofUnderwaterAcousticEngineering典型深海声速剖面Caution：在主跃变层和深海等温层之间，有一声速极小值—声道轴海中声速的基本结构13CollegeofUnderwaterAcousticEngineering温度垂直分布的“三层结构”：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。季节跃变层：在表面层之下，特征是负温度梯度

6、或声速梯度，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。主跃变层：温度随深度巨变的层，特征是负的温度梯度或声速梯度，季节对它的影响微弱。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。14CollegeofUnderwaterAcousticEngineering温度的季节变化、日变化和纬度变化季节变化近百慕大海区温度随月份的变化情况15CollegeofUnderwaterAcousticEngineering说明：温度的季节变化和日变化主要发生在海洋上层温度日变化和纬

7、度变化16CollegeofUnderwaterAcousticEngineering浅海温度剖面浅海温度剖面分布具有明显的季节特征：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。17CollegeofUnderwaterAcousticEngineering海水温度的起伏变化温度起伏的原因多种多样：湍流海面波浪涡旋内波等因素——声传播起伏的原因之一18CollegeofUnderwaterAcousticEngineering声速分布分类（分成四类）第一类深海声道声速分布右图为深海声道典型声速分布，特点：在某一深度

8、处有一声速最小值。两图不同之处：左图表面声速小于海底声速；右图表面声速大于海底声速。19CollegeofUnderwaterAcousticEngineering声速分布分类第二类表面声道声速分布右图为表面声道声速分布，特点：在某一深度处有一声速