河口海岸区域的高频声层析研究

摘要

声学技术在海洋环境观测中具有重要的作用。河口海岸区域的高频声层析技术为观测河口海岸区域的温、盐、流等环境参数提供了有效声学手段。近年来，亚太地区的沿海、河口及边缘海的沿岸声层析观测成为研究热点。然而，以往的沿岸声层析研究主要关注10km尺度的中频海洋声层析观测，以及边缘海区域的中低频声层析研究。而关于河口海岸区域的高频声层析工作开展较少。本文主要围绕河口海岸区域的高频声层析问题，进行了理论探讨、数值模拟、设备研发和实验观测等多方面的研究。
　　首先，本文介绍和整理了河口海岸区域温流反演的互易传输模型。其次，基于互易传输模型，进行了河口海岸区域的高空间分辨率声层析理论研究，提出了网格化的高空间分辨率反演方法。并以厦门嵩屿电厂海域的卫星遥感海面温度数据和区域海洋模型的流场数据，对厦门嵩屿电厂海域这一温度变化显著，流场分布较为复杂的典型河口海岸区域的二维高空间分辨率温度、流场声层析反演进行了理论研究。讨论了声站数、测量误差与反演精度的关系，并在高分辨率、高阶情况下对广泛使用的傅里叶级数模型进行了数值研究。结果表明，声层析理论研究精确重建了40m高空间分辨率的声速、温度分布和流场。
　　在理论研究的工作上更进一步，研发了河口海岸区域的15kHz高频声层析观测设备。基于NI数据采集卡和LabVIEW编程，利用GPS的硬件定时实现了微秒精度的时间同步，实现了传播时间的准确测量。
　　最后，在厦门鹭江海峡进行了高频声层析观测实验。实验精确测量了鹭江海峡的声互易传播时间，获得了鹭江海峡的声速变化和流速变化。对鹭江海峡潮流的测量较为准确，符合以前的观测与模型数据。在实验中，对调制伪随机码长度，接收信号信噪比以及流速测量误差进行了比较研究。
　　本文通过理论与实验研究表明，河口海岸区域的高频声层析技术为本区域的高分辨率温度、声速分布和海流测量提供了有价值的声学方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 海洋声层析的发展历程

1．3 边缘海、近海与河口区域的声层析研究进展

1．4 论文主要工作

第二章 河口海岸区域的海洋声层析理论

2．1 声层析互易传输模型

2．2 近岸海区的二维温、流反演模型

2．3 温流参数反演中的随机反演方法

2．4 声层析反演准确度的判断指标

2．5 基于傅里叶级数的水平流场反演模型

第三章 河口区域高空间分辨率声层析理论研究

3．1 网格化的二维水平温度分布和流场直接反演方法

3．2 研究区域与数据来源

3．3 高空间分辨率温流反演结果

3．4 温流反演的误差分析

3．5 傅里叶级数展开法反演高分辨率流场研究

3．6 小结

第四章 高频声层析观测系统的设计与实现

4．1 声层析时间同步技术

4．2 系统硬件设计

4．3 声层析信号编码

4．4 声层析仪器的使用现状

第五章 厦门鹭江海峡的高频声层析观测

5．1 实验区域

5．2 实验过程

5．3 实验结果与数据分析

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果