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西北太平洋中尺度涡合成结构及其对声传播的影响

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海洋学研究 2024年第1期42卷 58-68页

作者：张旭东丘仲锋毛科峰王鹏皓南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 国防科技大学气象海洋学院江苏南京211102

中尺度涡普遍存在于大洋中并会对声传播产生影响。利用2000—2018年AVISO卫星高度计资料和Argo浮标资料,通过涡旋合成方法构建了西北太平洋黑潮延伸体和亲潮延伸体海域中尺度涡的多年平均三维结构,对其垂直温、盐异常和声速特征进行分析... 详细信息

中尺度涡普遍存在于大洋中并会对声传播产生影响。利用2000—2018年AVISO卫星高度计资料和Argo浮标资料,通过涡旋合成方法构建了西北太平洋黑潮延伸体和亲潮延伸体海域中尺度涡的多年平均三维结构,对其垂直温、盐异常和声速特征进行分析,并采用Bellhop射线声学模型对中尺度涡背景下的声传播进行了模拟仿真。结果表明:1)冷涡背景下,温度异常为负,盐度异常在上层为负,在下层为正,声速等值线抬升;暖涡背景下,温度异常为正,盐度异常在上层为正,在下层为负,声速等值线下沉。2)冷涡背景下,声传播会聚区向声源方向偏移,会聚区宽度缩小;暖涡背景下,会聚区远离声源,会聚区宽度增大。声会聚区宽度在黑潮延伸体海域较在亲潮延伸体海域更大,距离声源也更远。3)冷涡背景下,声传播的反转深度变浅,暖涡背景下,反转深度加深;在黑潮延伸体海域,反转深度总体随经度增大而变浅,在亲潮延伸体海域则相反,反转深度随经度增大而变深。

关键词：中尺度涡西北太平洋 Argo浮标声传播会聚区

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西北太平洋副热带模态水区域声传播特性

应用声学 2024年第2期43卷 252-261页

作者：毕思昭彭朝晖王光旭张灵珊中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

西北太平洋副热带模态水是在西北太平洋夏季出现的温跃层中温度、盐度和密度具有垂向均一性的水团。由于西北太平洋副热带模态水的存在,深海声速剖面呈现出双跃层结构,对深海远程声传播产生较大的影响。该文对比分析了西北太平洋副热带... 详细信息

西北太平洋副热带模态水是在西北太平洋夏季出现的温跃层中温度、盐度和密度具有垂向均一性的水团。由于西北太平洋副热带模态水的存在,深海声速剖面呈现出双跃层结构,对深海远程声传播产生较大的影响。该文对比分析了西北太平洋副热带模态水区域夏冬两季典型声速剖面环境下的声传播规律。分析结果表明,夏季声速剖面环境下,声源位于浅层声道宽度内时,声传播为浅层声道的类深海声道传播与会聚区传播的复合形式。掠射角较小的声线被限制于浅层声道中,增加了会聚区内的到达结构,并且增强了在影区的声能量,在第二影区内的传播损失比冬季声速剖面环境下最多低近60 dB。推导了浅层声道的截止频率的近似表达式,分析结果表明,截止频率主要由浅层声道的宽度和正梯度段的声速差值决定,夏季西北太平洋副热带模态水区域浅层声道截止频率主要集中在100 Hz左右。

关键词：副热带模态水会聚区到达结构截止频率

水声射线传播的黎曼几何建模·应用——深海远程声传播会聚区黎曼几何模型

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物理学报 2023年第4期72卷 102-114页

作者：马树青郭肖晋张理论蓝强黄创霞国防科技大学气象海洋学院长沙410073 长沙理工大学数学与统计学院长沙410114

会聚区是深海水声传播重要的物理现象,对其准确建模和计算是深海远程水声探测与通信的基础.但深海会聚区缺乏明确的数学描述,特别是对于地球曲率所导致的系统误差,目前主要采用近似计算与曲率修正相结合的方法,尚无精确会聚区数学模型.... 详细信息

会聚区是深海水声传播重要的物理现象,对其准确建模和计算是深海远程水声探测与通信的基础.但深海会聚区缺乏明确的数学描述,特别是对于地球曲率所导致的系统误差,目前主要采用近似计算与曲率修正相结合的方法,尚无精确会聚区数学模型.本文基于水声射线黎曼几何建模基础理论研究,在弯曲球体流形上开展深海会聚区建模,在分析总结会聚区物理特征的基础上,给出深海会聚区黎曼几何描述,得到深海会聚区位置、距离的分析形式和基于黎曼几何概念的计算方法,为深海会聚区——这一重要的深海声学现象探索赋予黎曼几何学意义.以Munk声速剖面为例,对比分析深海会聚区在曲率修正和采用黎曼几何方法在球体流形上建模两种情形的时空分布,验证了本文提出的深海会聚区黎曼几何模型的有效性,结果显示近海面处的会聚区宽度随声传播呈现先变大后变小的规律,最大约20 km,最小约4 km.

关键词：地球曲率雅可比场深海远程声传播射线模型会聚区

水声射线传播的黎曼几何建模·应用I——深海远程声传播会聚区黎曼几何模型

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物理学报 2022年

作者：马树青郭肖晋张理论蓝强黄创霞国防科技大学气象与海洋学院长沙理工大学数学与统计学院

会聚区是深海水声传播重要的物理现象，对其准确建模和计算是深海远程水声探测与通信的基础. 但深海会聚区缺乏明确的数学描述，特别是对于地球曲率所导致的系统误差，目前主要采用近似计算与曲率修正相结合的方法，尚无精确会聚区... 详细信息

会聚区是深海水声传播重要的物理现象，对其准确建模和计算是深海远程水声探测与通信的基础. 但深海会聚区缺乏明确的数学描述，特别是对于地球曲率所导致的系统误差，目前主要采用近似计算与曲率修正相结合的方法，尚无精确会聚区数学模型. 本文基于水声射线黎曼几何建模基础理论研究，在弯曲球体流形上开展深海会聚区建模，在分析总结会聚区物理特征的基础上，给出深海会聚区黎曼几何描述，得到深海会聚区位置、距离的分析形式和基于黎曼几何概念的计算方法，为深海会聚区--这一重要的深海声学现象探索赋予黎曼几何学意义. 以Munk声速剖面为例，对比分析深海会聚区在曲率修正和采用黎曼几何方法在球体流形上建模两种情形的时空分布，验证了本文提出的深海会聚区黎曼几何模型的有效性，结果显示近海面处的会聚区宽度随声传播呈现先变大后变小的规律，最大约20km，最小约4km.

关键词：地球曲率雅可比场深海远程声传播射线模型会聚区

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深海海底反射会聚区声传播特性

物理学报 2019年第1期68卷 174-185页

作者：张鹏李整林吴立新张仁和秦继兴中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

在深海声道条件下,海水折射效应会使得声场出现会聚效应;在不完全声道条件下,深海海底对声场具有重要影响.利用在中国南海海域收集到的一次深海声传播实验数据,研究了深海不完全声道环境下的海底反射对声传播的影响.实验观测到不同于深... 详细信息

在深海声道条件下,海水折射效应会使得声场出现会聚效应;在不完全声道条件下,深海海底对声场具有重要影响.利用在中国南海海域收集到的一次深海声传播实验数据,研究了深海不完全声道环境下的海底反射对声传播的影响.实验观测到不同于深海会聚区的海底反射会聚现象,在直达声区范围内的海底地形隆起可导致海底反射会聚区提前形成,并使得部分影区的声强明显提高.由于不平坦海底和海面的反射破坏了完全声道环境下的会聚区结构,在60 km范围内存在两个海底反射会聚区,会聚区增益可达10 dB以上,同时在11 km附近的影区和51 km附近形成高声强区域.当接收深度与声源深度相同时,第二会聚区的增益高于第一会聚区.在第一会聚区内,随着接收深度的增加,声线到达结构趋于复杂,多途效应更加明显.使用抛物方程数值分析结合射线理论对深海海底反射会聚区现象产生的物理原因进行了分析解释.研究结果对于声纳在深海复杂环境下的性能分析具有重要的指导意义.

关键词：会聚区海底反射多途结构传播损失

深海季节性环境变化对半会聚区尺度水面声定位影响分析

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海洋学报 2020年第3期42卷 59-71页

作者：张旭李智生邱仁贵董楠中国人民解放军91550部队辽宁大连116023 中国人民解放军91650部队广东广州510320

针对深海声定位受海洋环境变化影响明显、需考虑测量系统的环境适应性和宽容性设计问题,提出一种评估海水环境变化对定位性能影响的仿真分析方法,将声场计算、误差传播与交会解算联合建模,以西太平洋中纬度海域夏季和冬季环境为代表性... 详细信息

针对深海声定位受海洋环境变化影响明显、需考虑测量系统的环境适应性和宽容性设计问题,提出一种评估海水环境变化对定位性能影响的仿真分析方法,将声场计算、误差传播与交会解算联合建模,以西太平洋中纬度海域夏季和冬季环境为代表性场景讨论了季节性环境变化对定位性能的影响方式和影响程度。仿真结果表明,当接收器位于海洋近表层时,在夏季和冬季呈现出两种不同的声信道样式,夏季季节性温跃层影响下的定位精度较差,冬季表面波导影响下的定位精度相对较好,两者均方根误差(RMSE)相差超过50 m;当接收器位于海洋中上层时,直达波有效作用范围的季节性变化引起定位性能差异,冬季定位精度优于夏季,两者RMSE相差15~20 m;当接收器位于海洋近底层时,利用可靠声路径定位精度较高,定位性能季节性变化不明显。研究认为,海水的季节性环境变化能够改变半会聚区尺度水面声定位的声信道特性以及到达声信息、误差传播、交会求解等测量因素,进而对接收深度位于海洋上层的声定位性能产生明显影响。

关键词：深海季节性变化环境影响水声定位会聚区

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引入估计航向的会聚区目标运动要素解算方法

引入估计航向的会聚区目标运动要素解算方法

中国声学学会水声学分会2021～2022年学术会议

作者：杨刚李智忠姜斌何宪文海军潜艇学院

深海远离声源形成的高声强焦散会聚区,对深海目标的远距离探测起着重要作用。本文在构建解算三角形的深海会聚区目标运动要素解算方法基础上,分析了引入目标估计航向这一参数后不同舷角下目标运动要素解算的误差。仿真结果表明:当会聚... 详细信息

深海远离声源形成的高声强焦散会聚区,对深海目标的远距离探测起着重要作用。本文在构建解算三角形的深海会聚区目标运动要素解算方法基础上,分析了引入目标估计航向这一参数后不同舷角下目标运动要素解算的误差。仿真结果表明:当会聚区估计宽度存在较大误差时,通过引入目标估计航向,可有效限定目标运动要素的解算范围,提高解要素算法的宽容性。

关键词：会聚区目标运动要素目标估计航向误差分析

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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深海会聚区波导不变量特征研究及应用

海洋科学 2014年第7期38卷 82-88页

作者：唐帅笪良龙徐国军崔宝龙海军潜艇学院山东青岛266071

为了解决深海会聚区目标及其运动态势难以判断的问题,在研究会聚区形成条件和其声场传播规律以及波导不变量理论的基础上,对典型深海环境不同位置的声强距离-频率分布图中的干涉条纹特征进行理论分析和仿真验证。结果表明,深海会聚区存... 详细信息

为了解决深海会聚区目标及其运动态势难以判断的问题,在研究会聚区形成条件和其声场传播规律以及波导不变量理论的基础上,对典型深海环境不同位置的声强距离-频率分布图中的干涉条纹特征进行理论分析和仿真验证。结果表明,深海会聚区存在与其他区域不同的干涉条纹特征,其对应的波导不变量?值为负。本文提出了利用会聚区特有的干涉条纹特征,对会聚区目标及其运动态势进行初步判断的方法,仿真结果和试验数据表明,判断方法具有可行性和有效性。

关键词：波导不变量会聚区目标运动态势 convergence zone (CZ)

爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失测量的影响

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声学技术 2020年第4期39卷 419-424页

作者：李国富刘颉齐占峰张爽彭家忠李琦国家海洋技术中心天津300112

会聚区声传播损失测量是水声调查的重要内容。爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失结构的刻画具有直接影响。基于Argo资料、与距离有关声学模型(Range-dependent Acoustic Model, RAM)和实验数据,对不同投放间隔下获得的会聚区声传播损... 详细信息

会聚区声传播损失测量是水声调查的重要内容。爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失结构的刻画具有直接影响。基于Argo资料、与距离有关声学模型(Range-dependent Acoustic Model, RAM)和实验数据,对不同投放间隔下获得的会聚区声传播损失进行了比较。结果表明,在不同声源深度和频率下,0.5 km的投放间隔能够很好地刻画出会聚区声场结构的精细特征;1 km的投放间隔基本满足对会聚区结构精细测量的要求;2 km的投放间隔能够测量到会聚区的大致结构,但可能出现对会聚区峰值结构的漏测或欠精确的会聚区增益。考虑到实际条件难以支持全测线0.5 km的投放间隔,建议对会聚区精细测量时,在可知会聚区范围的海域使用在会聚区0.5 km的投放间隔、在影区1 km的投放间隔;在未知海域使用全测线1 km的投放间隔;对了解会聚区大致结构的调查,使用2 km的投放间隔。

关键词：会聚区声传播损失爆炸声源投放间隔