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1、第三章 海洋的声学特性,第六讲 海底海面声学特性和海洋内部不均匀性,College of Underwater Acoustic Engineering,2,本讲主要内容,海底声学特性（了解）海面声学特性（了解）海洋内部的不均匀性（了解）,College of Underwater Acoustic Engineering,3,1、海底声学特性,海底结构、地形和沉积层是影响声波传播的重要因素,College of Underwater Acoustic Engineering,4,海底对声波的吸收、散射和反射等声学特性关系到水声设备作用距离的远近海底声波反射系数与海底地形有明显的依赖关系。高于
2、几千赫频率的声波，海底粗糙度是影响声波反射的主要作用反向散射强度(朝声源方向的声散射。)：单位界面上单位立体角中所散射出去的功率与入射波强度之比。,College of Underwater Acoustic Engineering,5,深海平原海底反向散射强度与入射角的关系在小入射角时，散射强度随入射角增大而减小，与频率一般无关入射角5度时，散射强度10lgms近似与 成正比大入射角时，散射强度可能与频率的四次方成正比,College of Underwater Acoustic Engineering,6,非常粗糙海底反向散射强度与入射角的关系反向散射强度几乎与入射角无关反向散射强度几乎与
3、频率无关,College of Underwater Acoustic Engineering,7,人们关心的海底参数声速（反演）密度（反演）衰减系数（反演）底质（取样）垂直分层结构（取样）,2001年中美联合考察,2005年黄海实验,College of Underwater Acoustic Engineering,8,海底特性探测多波束侧扫声纳探测海底地形,College of Underwater Acoustic Engineering,9,海底沉积层描述：覆盖海底之上的一层非凝固态（处于液态和固态之间）的物质。声速：沉积层中有压缩波速度（声速）和切变波速度 两种。衰减系数（dB/m
4、）K为常数；f为频率，单位kHz；m为指数，通常取1 海底声反射损失定义：反射声振幅相对入射声振幅减小的分贝数,College of Underwater Acoustic Engineering,10,海底反射系数模和反射损失BL值随掠射角的变化,高声速海底,低声速海底,College of Underwater Acoustic Engineering,11,深海实测的海底反射损失,College of Underwater Acoustic Engineering,12,海底反射损失的三个特征存在一个“分界掠射角”，是海底反射损失的一个特征参数当 时，反射损失值较小,随 增大而增加当 时
5、，反射损失较大,与 无明显依赖关系海底反射损失简化模型-三参数模型,College of Underwater Acoustic Engineering,13,三参数：、参数计算1）的计算2）V0的计算3）Q的计算,College of Underwater Acoustic Engineering,14,注意：实际海底存在吸收，可将海底声速视为复数，此时不会发生全内反射。按照书上的方法计算：又,College of Underwater Acoustic Engineering,15,令：与书上结果：略有不同！,注意：三参数模型可用于分析海洋中声场的平均结构,College of Under
6、water Acoustic Engineering,16,2、海面声学特性,海面波浪周期性周期、波长、波速和波高等量描述其特征；随机起伏性概率密度分布、方差、谱和相关函数等描述其特征。,College of Underwater Acoustic Engineering,17,波浪的基本特征重力表面波：以重力作为恢复力的波动表面张力波：以表面张力作为恢复力波浪的形成和等级平均波高有效波高平均1/10最大波高波浪的统计特征波浪的概率密度分布 常识：在水声学中经常将波面的概率分布视为高斯分布。充分成长的海浪谱Pierson-Moskowitz谱（P-M谱）,College of Underwat
7、er Acoustic Engineering,18,海面表面层内的气泡层声波的吸收体声波的散射体 海面对声传播的影响简介 镜反射漫散射：形成散射场。随着海面粗糙度增加，漫散射场占主要分量。反向声散射：形成海面混响海面波动：导致海面散射波产生多普勒频移,College of Underwater Acoustic Engineering,19,3、海洋内部的不均匀性,湍流描述：流体流经固体表面或是流体内部出现的一种不规则运动。它是一种随机运动的旋转流。它形成海水中温度和盐度的细微结构变化，引起声速的微结构变化。内波描述：两种不同密度液体在其叠合界面上所产生的波动。波长可达几十公里到几百公里，波高从10米到100米。对低频、远距离的声传播信号有重大影响。,College of Underwater Acoustic Engineering,20,海流描述：海水从一个地方向另一个地方作连续流动的现象。基本在水平方向上流动，流速较快，呈长带状。其边缘将海洋分成物理性质差异很大的水团的锋区，对声波传播影响较大。深水散射层描述：海洋中某些深度上水平聚居的生物群。随着昼夜上下移动，同时也随纬度和季节变化。由于气囊的共振散射，它会产生很大的混响背景（体积混响的主要来源之一）。,
