海水声速测量方法研究【文献综述】

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1、毕业设计文献综述海洋科学海水声速测量方法研究Methodofvelocitymeasurementofwater摘要：海水声速是反映海水介质特性的一个极为重要的物理参数，在海洋研究与考察中，精确地测量声速具有很重要的现实意义。本文主要分析目前几种较为常见的声速测量方法，比较各自的优缺点、适用范围、测量精度等，为海洋研究和海洋探测提供理论支持。关键词：海水声速；水声测量方法；CTD1引言海水声速是海洋监测的重要参数之一，其传播速度随时间、地点的不同而变化，一般为1430—1550m/s。实时地测量海水声速，可以快速、有效、方便地为探测仪、

2、声纳等水声设备校正测量误差提供实时声速数据，为舰船等水声设备的活动搜集和提供重要的海洋环境参数。海水声速的研究在军事部门如反潜、通讯、导航、定位、鱼雷制导、水雷引爆，民用方面如用于渔业的探测仪、电缆铺设、采矿以及科学研究如水文地质、地质调查、地球物理探测、声学系统、声层分析、水体微结构分析、水文水道测量、海洋调查勘察等都有着广泛的应用和重要的作用。2海水声速测量的历史发展1490年的意大利达·芬奇对水下声有了最早的记载。他写道：“如果停船将长管的一端插入水中，而将管的开口放在耳旁，能听到远处的航船”。1827年，瑞士物理学家D.Coll

3、adon和德国数学家C.Sturm合作，在日内瓦湖中用敲击大钟进行了人类第一次在水中传播速度的实验,测得水中声速值为1435米/秒，此值与现代测量值十分接近。1840年焦耳发现了磁致伸缩效应，1880年皮埃尔·居里发现了压电效应，在此基础上后人发展了水声压电换能器和磁致伸缩换能器，实现了水中电能和声能之间的转换。正式换能器的问世以及放大微弱信号的电子技术发展以后，现代水声的广泛利用才成为可能。9科拉顿设计的方法虽能测出海水声速，但是在波涛汹涌的大海中，让两条调查船保持固定的距离十分困难，因此实际应用中这一方法并不可行。但是，从100多年

4、前瑞士物理学家科拉顿第一次测出水中的声速以来，科学家们已经从大量的实验数据中找到了声速与海水的温度、盐度和压力的关系，并总结出了一个经验公式。其中一个典型的公式表示如下：c=1449+4.6T-0.055T2+0.0003T3+(1.39-0.012T)(S-35)+0.017T（2.1）式中,c为海水声速(米/秒),T为温度(),S为盐度,Z为深度。因此只要测出海水的温度、盐度和压力，就可以根据公式算出海水中的声速了。而温度、盐度和压力这三个基本量可以在海洋观测中测量出来。利用温度、盐度和压力来计算声速，曾是多年来获得海水中声速的惟一

5、方法。经过多年的不断努力，在20世纪70年代初，科学家们终于找到了直接测量海水中声速的方法，并根据这一方法设计制造了声速测量器。很快声速测量器就成为人们迅速、准确测量水下声速的重要工具。1国内外海水声速测量技术研究现状纵观国内外的海水声速测量的研究现状，主要两种方法：一是间接测量；二是直接测量。3.1间接测量间接测量法即通过测量海水的电导率、温度、深度（CTD），利用海水的经验公式来计算声速的方法。国际上公认的或常用的比较准确计算声速的经验公式有三个，分别是:Chen-Millero声速算法、DelGrosso声速算法和Wilson声速

6、算法。国内外有一些文章已经对该三个公式进行了比较，如Christopher和Watts的声学研究结果表明，在海水中DelGross的声速算法要比Chen-Millero的好。陈红霞等人在西太平洋调查中获取的3次CTD水文调查数据所做的一系列的计算表明：用Wilson算法得到的计算声速要比用Chen和Millero(1977)算法得到的计算声速快；而从海表面到1500m深的计算范围内，用DelGrosso声速算法是最慢的；与同时利用声速测量仪直接测得的数据相比，在200m到600m的范围内，Chen-Millero算法要比Del9Gros

7、so算法精确，可以精确到0.15m/s，而在其它范围内Wilson较为准确，误差被控制到0.05m/s。刘贞文等人使用了2001-2003年间的海上调查的CTD和声速仪SVP数据，通过直接测量的声速与常用的三种利用CTD计算声速的经验公式所计算的声速剖面进行对比，并采用了相关运算和回归分析，结果表明:在三个经验公式中，Chen-Miller公式与实测声速吻合得最好;在0—2000m深的范围内，用Chen-Miller公式来计算声速剖面是可行的；在水深小雨600m内，用Wilson算法的计算结果误差会比较大；历史上大量的CTD资料(河口区

8、除外)可直接用来换算声速剖面，进而用于声场预报。利用海水的经验公式来计算声速，精准的的CTD测量仪是必不可少的。美国的CTD测量技术鉴定设备，无论在质量上还是数量上均名列前茅，仪器精度和种类也都是世界海洋技