基于浅海声层析的海洋环境场反演方法研究

摘要

海洋声层析是获得海洋环境信息的重要手段,与传统的海洋调查相比,具有大范围海域同步、连续测量的特点,是国内外研究的重点。如何通过声层析准确、快速的获得感兴趣海域的环境参数信息是该领域的重点,在这方面的突破对于简便、迅捷地监测海洋环境参数在时间和空间的变化有很大的促进作用,能帮助人们更加容易的了解海洋。
　　现实的海洋环境复杂多变,在近海海域,海流作为基本的物质运动,影响着海域内温度、盐度和泥沙等输运过程,同时也对海洋声信号的传播情况产生一定的影响。根据研究区域的边界条件,开边界模式方法可将流场分解为无旋场量、无源场量和边界模式的线性和,且模态分布只与边界有关,不随时间变化,能满足实时预报的要求。本文主要展开对海水流场的声学反演方法研究。海水的流动对在固定声线路径上传播的声信号到达时间有一定影响,从声信号到达时间的差异可以得出此路径上的海流。本文基于此条件,以射线走时声层析为基础,结合流场的模式分析——开边界模式方法,运用匹配场,提出了基于浅海声层析数据的流场反演方法,可获取较大范围内的流场信息。
　　本文首先利用开边界模式方法针对美国坦帕湾潮流场,分析了开边界模式中各模态系数与流场时间变化特征间的关系,利用近似长度尺度和各模态能量比重开展了模态过滤方法的研究。在分析胶州湾无旋场、无源场和边界模式的各模态空间分布的基础上,根据各模态对应动能的时变信息进行模态过滤,分别利用2010年11月份胶州湾走航 ADCP数据和声层析观测数据,采用上述流场反演方法获得胶州湾的流场分布,与实测的走航 ADCP数据和模拟流场进行对比,不同时刻流场水平分布空间结构一致,验证该方法的有效性。

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1 前言

1.1 论文的研究背景和意义

1.2 国内外研究状况

1.3 论文的主要内容

2 主要理论

2.1 射线走时反演

2.2 流场模式分析—开边界模式方法[30]

2.3 反演方案

2.4 本章小结

3 仿真研究

3.1 坦帕湾简介

3.2 内部模式和边界模式求解

3.3 分区域模式重建

3.4 本章小结

4 实验数据处理与分析

4.1 胶州湾实验

4.2 声学数据的初步处理

4.3 胶州湾流场的开边界模式方法

4.4 基于声层析数据的流场反演

4.5 本章小结

5 论文总结

5.1 本文总结

5.2 有待进一步研究的内容及展望

参考文献

致谢

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