海洋中尺度结构对空间相关和匹配时间相关的影响

摘要

目前，对海洋中尺度现象的研究方兴未艾。海洋中尺度结构在大洋中普遍分布，有时具有一定的周期性。中尺度结构主要包括中尺度涡、海洋锋、内波、上升流、流套等。本文主要研究分布较为广泛的前三种中尺度结构对声场相关性的影响。声场的相关性包括时间相关和空间相关。其中时间相关在匹配场处理中作为衡量拷贝场有效性的主要参数。本文讨论的时间相关主要为匹配场时间相关。目前，对中尺度结构影响匹配场时间相关的研究主要集中于内波上对其他中尺度结构鲜有讨论。故本文讨论了中尺度涡、海洋锋对匹配场时间相关的影响，而内波的影响不中论述。空间相关在阵列设计等方面具有重要作用。在二维海洋中，空间相关包括垂直相关和水平相关。本文的主要内容如下:
　　首先，在基本理论部分中，简单的介绍了抛物方程近似(PE)。对文章中使用的中尺度涡模型和海洋锋模型做详细的介绍并使用尺度分析讨论了有关模型的注意事项。对时间相关和空间相关作进一步论述。
　　然后，仿真并分析了中尺度涡和海洋锋面对空间相关和匹配场时间相关的影响。讨论了传播路径上存在中尺度结构时，中尺度涡或温度锋的强度、移动速度、声源深度以及地形等参数对匹配场时间相关和空间相关的影响。结果表明，中尺度结构强度的绝对值越大，匹配场时间相关系数下降越快，相关半径越短。中尺度结构移动越快，声场的时间相关变化越快。在一定深度范围内以及适当的地形情况下，声源深度越深，时间相关半径越短。倾斜海底地形对应的声场相关性与平坦海底对应的声场相关性不同。在深海环境中，下坡海底对应的空间相关半径较平坦海底和上坡海底对应的相关半径短。而在浅海时，下坡海底环境具有更长的空间相关半径。
　　最后，基于2001年亚洲海实验南海部分讨论了内波对声场空间相关的影响并与实验数据结果作比较。结果显示内波的存在使声场空间相关半径存在明显的时变性。空间相关半径的长短与声源中心频率也有关系。

目录

声明

摘要

一．研究背景

引言

1．1 海洋的中尺度结构

1．1．1 中尺度涡

1．1．2 海洋锋

1．1．3 内波

1．2 中尺度结构与声传播

1．2．1 中尺度结构与声场计算

1．2．2 匹配场处理

1．3 本文的主要内容

二．理论模型

2．1 声传播模型

2．1．1 抛物方程的推导

2．1．2 抛物方程的数值解法

2．2 声速场模型

2．3 声场时间相关和空间相关

2．3．1 声场时间相关

2．3．2 声场空间相关

2．4 小结

三．数值仿真与结果分析

3．1 中尺度涡对时空相关的影响

3．1．1 声场时间相关

3．1．2 声场空间相关

3．2 海洋锋对声场时空相关的影响

3．2．1 浅海锋

3．2．2 深海锋

3．3 小结

四．实验结果与比较

4．1 实验简介

4．2 内波仿真与空间相关

4．3 小结

五．总结与展望

参考文献

致谢

个人简历