中尺度涡环境下声传播分析

摘要

自上世纪70年代海洋环境学家发现海洋中尺度涡以来，中尺度涡环境对声传播的影响引起了水声学界的极大关注。与近海环境相比，深海环境受环境等因素影响较小，具有较为稳定的温、盐结构。但由于探测不便等诸多原因，目前对于深海中尺度结构与声传播特性之间关系的研究还远远不够。因此，对于海洋中尺度涡环境对声传播的影响进行定性定量分析，研究海洋中尺度涡声场结构对声传播的影响，对声场环境反演、深海信道通信、海洋信息探测等具有十分重要的意义。
　　本文参考实际西北太平洋和南海中尺度涡各项参数，建立高斯冷涡模型，分析冷涡参数变化对声传播造成的影响;在前人对中尺度涡对声传播影响的定性分析基础上，使用SPSS统计分析软件对冷涡环境下的汇聚区参数进行灵敏度分析，结果表明在冷涡环境下声场汇聚区跨距减小，且其变化随冷涡参数变化呈线性变化关系。
　　文章中还讨论了射线与简正波理论间的联系。分析波导不变量与射线稳定性参数之间的关系，证明两个量相等。同时仿真分析了在存在冷涡时射线与简正波远距离传播稳定性，结果表明射线与简正波在仅考虑水体环境变化时具有较为一致的结果。而在深海环境中往往由于简正波号数过多而导致波导不变量在R-ω平面内无法提取的情况，射线稳定性参数从另一个角度反映出海洋环境的变化，并用于声传播特性的研究。
　　本文中同时使用海洋数值同化结果所得南海温盐分布分析环境缓变情形中射线稳定性参数变化规律，结果表明，射线稳定性参数在存在冷涡时出现明显变化，并且其变化规律与声速场变化十分吻合。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 论文的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 中尺度涡与声传播

1．2．2 射线与简正波

1．3 论文结构和章节安排

2 理论介绍

2．1 声场的射线理论

2．1．1 基本理论

2．1．2 射线描述特征量

2．2 射线与简正波

2．2．1 虚源法推导简正波

2．2．2 射线与简正波之间的联系

2．3 射线稳定性参数与波导不变量

2．3．1 射线稳定性参数|α|

2．3．2 波导不变量β

2．4 本章小结

3 中尺度涡模型声传播分析

3．1 中尺度涡环境下的声传播

3．1．1 海洋中尺度涡建模

3．1．2 冷涡环境下的声传播

3．2 基于SPSS的声场环境参数灵敏度分析

3．2．1 冷涡强度

3．2．2 冷涡深度

3．3 本章小结

4 冷涡环境射线与简正波仿真研究

4．1 射线与简正波间的联系

4．1．1 简正波分族

4．1．2 冷涡环境下的射线与简正波

4 ．2 波导不变量与射线稳定性参数

4．2．1 深海波导中的波导不变量

4．2．2 简正波散射矩阵

4．2．3 中尺度涡环境下的射线稳定性参数

4．3 海洋模型数据同化结果及声学仿真

4．3．1 同化数据介绍与处理

4．3．2 射线稳定性参数分析

4．4 本章小结

5 论文总结

5．1 文章小结

5．2 工作不足与展望

参考文献

致谢

个人简历