Page 28 - 《应用声学》2020年第6期

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于理论分析与定性描述，缺乏定量分析和规律性的
0 引言 总结，对于浅海孤立子内波存在条件下声场起伏统

计特性的研究鲜有报道。本文利用在南中国海海域
内波是海洋环境中普遍存在的一种动力学现
实验获取的水文和声场数据，结合二维平流模型重
象，可导致海水声速剖面随时间和空间变化，进而引
构出与实验水文接近的内波环境，用蒙特卡洛方法
起水下声信号的散射，并造成声能量的起伏和声场
研究了有无孤立子内波经过声传播路径时声传播
时间相关半径下降等现象 [1−5] 。文献 [2] 通过大陆
损失的统计特性。
架海域实验验证了孤立子内波对声波的共振散射
作用，数据分析发现声传播损失(Transmission loss,
1 实验介绍
TL) 和频率响应的异常，指出在某些频率下孤立子
内波可导致 20 dB 以上的声信号衰减。文献 [3] 分 2015年秋季，中国科学院声学研究所在南中国
析了中美联合远黄海实验中内波条件下的数据，通 海海域进行了一次浅海低频声传播起伏实验，主要
过与理论模拟结果对比说明了实验观测的声强起 目的是研究内波对声传播的影响。实验采取声源和
伏主要由内波引起。文献[6] 概述了 SWARM’95 浅 接收阵位置均固定的定点声传播模式，实验获取了
海内波声散射实验，研究了在大西洋中部海岸线大 5 天的声学数据和水文数据。实验期间实验设备布
陆架由线性内波和非线性内波引起的声传播和散 放相对位置如图1 所示，其中 S17 点和 O1 点分别为
射现象。有学者通过数值模拟发现孤立子波包很大 发射潜标和接收潜标布放的位置，同时在 S17 点和
程度上受到耦合简正波模式的强烈影响，并利用耦 O1 点不同深度上各安装了由温深 (Temperature-
合简正波模型统计分析了随机声速扰动时声波强 Depth, TD) 传感器组成的温度链，在 H1 点布放 1
度和模态幅度的统计特性 [7−8] 。随着对内波研究的 条温度链，由这 3 条温度链记录水温随时间的变化。
深入，学者们的研究兴趣逐渐从二维声场和声速场 声学及环境测量设备布放位置的坐标及 3 条温度链
问题转移到三维问题。文献 [9–10] 分别证实了孤立 安装的温度传感器个数示于表 1。图 2 给出了接收
子内波引起的三维声场效应和水平折射现象。文 潜标 O1 与发射潜标 S17 的布放示意图及声传播路
献 [11]指出当声线遇到孤立子内波时对主动声呐探 径上 S17–O1 的海深变化，可看出在声传播路径上
测会产生影响。文献[12] 利用SW’06浅海实验数据 海深变化较缓慢，所以可忽略地形变化对声场的影
研究了非线性内波波包经过声传播路径时的水平 响。其中，S17–O1距离约为14.8 km。另外，S17–H1

折射和多途干涉现象，并给出了这种多途干涉的物 距离约为 14.4 km，O1–H1 距离约为 6.5 km。声源
理机制。 S17点海深约为111 m，O1点海深约为105 m。
在国内，宋俊等 [13] 研究了浅海孤立子内波对
๒ງ/m
声场水平纵向相干特性的影响，但是仿真时采用的 20.75 -90
H1
是二维模型，没有考虑横向耦合的三维声传播问题。
O1 6.5 km -95
文献 [14–15] 研究了线性内波和孤立子内波对匹配 20.70
场时间相关和声场时间相关半径的影响规律。王宁 14.8 km 14.4 km -100
等 [16] 利用2005年黄海内波起伏实验数据分析了内 ጤए/°N 20.65 -105
波、潮汐导致的简正波幅度起伏及其深度分布。李 θ
20.60
整林等 [17] 分析了孤立子内波引起的高号简正波到 S17 -110
达时间起伏。秦继兴等 [18] 说明了当孤立子内波的
20.55 -115
波阵面与声传播路径角度较大时简正波耦合是导 114.5 114.55 114.6 114.65 114.7 114.75
ፃए/°E
致声能量起伏的主要因素，并研究了浅海中孤立子
内波引起的声能量起伏规律。 图 1 实验设备布放相对位置示意图
以上大多数研究主要集中于孤立子内波与声 Fig. 1 Schematic diagram of the placement of ex-
场的相互作用，由于实验数据的匮乏，一些研究仅限 periment sites