海洋锋现象及其对水声传播的影响.pdf

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1、第32卷第5期海洋预报V01．32。No．52015年10月MARINEFORECASTSOct．2015DOI：10．11737巧．issn．1003—0239．2015．05．010海洋锋现象及其对水声传播的影响郭婷婷，高文洋(海军海洋水文气象中心，北京100161)摘要：为了研究海洋锋对声传播的影响，借鉴黑潮引起的台湾海峡南部海洋锋的历史水文观测资料，提出并建立了适合描述台湾海峡南部海洋锋的数学模型及其声速表达式。通过与实测资料对比，建立的海洋锋模型能准确反映客观实际情况，表现出较好的效果。同时，在借鉴了前人研究经验的基础上，采用Argo实测资料，建立了台湾海峡南部海洋锋的数学模型及其声

2、速表达式，利用MMPE水下声场模型进行了海洋声场数值模拟试验，对目标海区典型的声场结构进行了声线路径模拟和传播损失的计算仿真，并将实验结果通过与前人进行的实际大洋声场实验的结果比较，证实了本文的模拟结果是准确可信的，提高了水声数值模拟试验的准确有效性。关键词：海洋锋；声传播；影响中图分类号：P733．21文献标识码：A文章编号：1003—0239(2015)05．0080—091引言海洋锋一般指在海洋中特性明显不同的两种或几种水体之间的狭窄过渡带，其间存在强烈的湍流混合交换、水平辐合(辐散)和垂直运动。可用海水的温度、盐度、密度、速度、颜色、叶绿素等要素的水平梯度来确定锋带的位置n，。海洋锋的

3、规模可以小至几分之一米，大至全球范围的所有空间尺度。锋存在于海洋的表层、中层和近底层，可分为八类：1．行星尺度锋；2．强西边界流的边缘锋，由于热带的高温高盐水向高纬度侵入而形成，如黑潮、湾流的边缘锋；3．陆架坡折锋；4．上升流锋；5．羽状锋；6．浅海锋；7．河口锋；8．岬角锋。这些锋都具有持续性，持续时间为数小时至数月。此外，锋区异常的水文状况，又将直接或间接的影响水下声学通讯，因此，海洋锋对潜艇活动、水声探测、水下通信等影响很大‘”。本文研究选择的区域一台湾海峡，位于东海和南海之间，是南北沟通我国近海的重要水道，海峡南部地形较为复杂，大致以200m等深线为界，西北方为宽阔的陆架，东南方则属南

4、海海盆，其间为狭窄的陆坡架；在海峡中间有一系列的水下沙洲发育，形成台湾浅滩，其水深小于20m，将海峡一分为二；在浅滩以东100rn等深线向北深入海峡，形成澎湖水道，在浅滩西侧另有一水道，水深约40m；在浅滩和澎湖水道以南有一狭窄的坡折带。关于海洋锋面与水声传播之间的重要联系，一些外国学者早在20世纪80年代就开始着手对此进行了一系列研究。例如Rousseau等口1发现当锋面通过温度锋面时，会由于温度的剧烈变化而产生声速梯度的变化，对于较强的湾流和黑潮锋面来说，声速的改变将大于30m／s，而对于较弱的锋面来说声速的改变小于5rrds；Mellberg等口1研究了东格陵兰极地与周围海区的过渡区域的

5、锋面对声传播的影响，发现锋面对声传播的影响与声源位置有关；Heathershaw等H，利用三维数值海洋模型获得的水声环境数据作为输入，研究了通过海洋锋面的声传播问题。研究发现，对不同的声源及接收器深度的组合，锋面的影响会使得传播损失发生10—20dB的变化”】。在国内笪良龙”，应用简化的深海海洋锋面模型，利用射线传播模型研究了锋面对声传播损失的影响，并将有锋和无锋时会聚区的位置和深度进行收稿日期：2015—02—03作者简介：郭婷婷(1983一)，女，工程师，从事气象预报保障工作。E-mail：guotingtin9565683@163．corn5期郭婷婷等：海洋锋现象及其对水声传播的影响了比

6、较；南明星等吲对海洋锋区的三维声线轨迹进行了分析，发现声线从进入锋区开始发生明显的偏转，而且随着距离的增加，水平偏转角度越来越大，最大值达到10左右；李立等[71的研究提出：由于多种水系在台湾海峡南部交汇，其冬、夏季均有明显的锋面发育，受季风气候影响，锋面发育有显著的季节差异；南明星等同使用1989--2001年的NOAAAVHRR(AdvancedVeryHighResolutionRadio—meter)图像，研究了我国台湾海峡及其邻近海域的海面温度锋。卫星遥感观测表明该海域海面温度锋终年存在㈣。由于海洋锋的生成机制和类型分布各异，目前研究海洋锋，主要是利用观测资料进行统计分析。为了研究其

7、对声传播的影响，本文借鉴黑潮引起的台湾海峡南部海洋锋的历史水文观测资料，首次提出并建立了适合描述该海域的海洋锋模型及声速表达式。通过与实测资料对比，我们建立的海洋锋模型能准确反映客观实际情况，表现出较好的效果。同时，本文在借鉴了前人研究经验的基础上，首次将经过融合的Argo等多源资料作为水声模型的初始场。以往对声波传播和衰减数值模拟试验的研究，多是利用海洋环境预报模式的结果作为输入值，由于模式缺乏