海洋内波对水下声场的影响 - 物理

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1、海洋内波对水下声场的影响*2014－07－15收到†email：Hutao76@aliyun.com胡涛†宋文华DOI：10.7693/wl20141004(中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190)Effectofinternalwavesonsoundpropagationintheocean†HUTaoSONGWen-Hua(KeyLaboratoryofUnderwaterAcousticEnvironment，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)摘要海洋内波是海水内部的波动之一，它与

2、海洋表面的海浪运动有着非常不同的物理特征。海洋内波会引起海水温度剖面发生剧烈的波动，这种波动具有很强的方向性和时变性，对水下声传播影响巨大，并展现出一些很奇特的声波导效应(包括二维波导效应和三维波导效应)，给水下目标的探测与定位以及水声通信等带来严重影响。海洋内波对声场的影响研究涉及到海洋动力学和水声学两个学科领域，文章重点介绍海洋内波对声场影响研究领域的相关进展，并对内波环境下典型声波导现象进行了讨论，最后对该领域未来的发展进行了总结和展望。关键词海洋内波，声波导，二维波导效应，三维波导效应AbstractInternalwaves,i.e.waves

3、movingwithintheocean’sinterior,havedifferentphys-icalfeaturesfromoceansurfacewaves,andcancausegreatfluctuationofthetemperatureprofileinthewater.Thistemperaturefluctuationhashighdirectivityandvariesmarkedlywithtime,stronglyaf-fectingunderwateracousticpropagation.Internalwavesgiver

4、isetosomeveryinterestingacousticwaveguideeffects(including2-and3-dimensionaleffects),whichgreatlyinfluencethedetectionandlocalizationofunderwatertargets,aswellasacousticcommunications.Researchontheseef-fectsofinternalwavesinvolvestwodisciplines:oceandynamicsandunderwateracoustics

5、.Inthispa-per,wefirstreviewtheeffectofinternalwavesonsoundpropagation.Thensomediscussionaboutthetypicalacousticwaveguideeffectisgiven.Finally,futureprospectsofthisfieldaresummarized.Keywordsinternalwaves,acousticwaveguide,2-dimensionalwaveguideeffect,3-dimen-sionalwaveguideeffect

6、1海洋内波的密度分层结构。如果有一个内扰动，浮力将使离开平衡位置的海水质点返回到它的初始位置，海洋内波是广泛存在于近海大陆架、岛链等[1]从而产生一种周期震荡，形成海洋内波。海洋附近的一种中尺度海洋现象。夏季，由于海水沿内波的产生需要具备两个条件，一个是稳定的密重力方向的温度分布不均匀，海水中会形成一定度分层，另一个是扰动源。在海洋中，当潮流通过具有突变海底地形的海域时，就会形成激发海*国家自然科学基金(批准号：11004214，11274338，10874199)、国防科研基金(批准号：9140A03050312ZK0201)资助项目洋内波的扰动源。因

7、此，在突变海底地形(如大·43卷(2014年)10期·667·水声物理专题而使海面显现出明暗相间的条纹。随着卫星遥感技术的发展，使得研究人员通过卫星遥感来观测内波的活动成为可能。图2给出了我国南海北部和苏禄海(SuluSea)出现的非线性内波的卫星遥感图像，可以看到内波传播具有明显的方向性，其波阵面也具有一定的曲率。非线性内波虽然特殊，但发生的区域和出现的时间大体上是相对确定性的，因此研究它有非常实际的意义。图3给出了全球已有记录的非线图1实测非线性内波引起海水温度剖面发生剧烈波动[5][8]性内波活跃海域，主要集中在大陆架边缘、海峡及岛链附近，我国东南

8、沿海也是非线性内波的活跃海域。2内波对声场影响的研究进展内波活动使海水的声速分布