Page 11 - 《应用声学》2021年第6期

第 40 卷 第 6 期 刘今等： 涌浪条件下的浅海表面声道脉冲声传播 807

5.1 声传播损失分析 刚好相反，第一个波的幅度比其他反射波的幅度高，
首先从传播损失角度进行考察，计算两种海面 并且高于平整海面下的第一个波的幅度。这是由于
条件下全海深的传播损失结果。仿真环境与图5(b)、 表面声道中的部分声能量经过涌浪海面作用后，穿
图5(e)中的仿真环境一致。为了看清涌浪海面对传 透表面声道进入下层水体中，使得下层水体中第一
播损失的影响的细节，取出距离1.6 km、海深100 m 个波及其对应的海底反射波的幅度升高。
以内的结果，如图 6 所示。图中明显可以看出，涌浪
ࣱட๒᭧
海面使得声场的干涉结构变得复杂，部分声能量相 ๙๎๒᭧
0.02
干叠加后，以较大的掠射角朝向海底，这部分能量在
远距离传播过程中，一部分返回上层水体中不再离 ࣨए 0
开表面声道，一部分会继续与海面作用，穿透表面声
-0.02
道，使得表面声道以下的声信号的能量增加。
-0.04
0 60 600 700 800 900 1000
20 ௑ण/ms
55
ງए/m 40 50 (a) ଌஆງए˞59 m
60
80 45 0.010
ࣱட๒᭧
100 40 ๙๎๒᭧
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0.005
ᡰሏ/km
ࣨए 0
(a) ࣱட๒᭧
0 60
20 55 -0.005
ງए/m 40 50
60
80 45 -0.010 600 700 800 900 1000
௑ण/ms
40
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 (b) ଌஆງए˞247 m
ᡰሏ/km
(b) ๙๎๒᭧ 图 7 不同深度的水听器在平整海面和涌浪海面下
的时域波形对比
图 6 两种海面条件下近距离声传播损失伪彩图
Fig. 7 Comparisons of time domain waves under
Fig. 6 The pseudo color map of transmission at flat sea surface and swell sea surface at different
short ranges under two surfaces depths
5.2 声脉冲幅度 5.3 声线分析

涌浪海面使得表面声道以下的信号的第一个 接下来采用基于射线声学的 Bellhop 程序计算
到达的相对幅度增强有两种可能的原因：一是与 本征声线，用以分析涌浪海面对表面声道以下的接
平整海面相比，第一个波的幅度变化不大，而后面 收器的第一个脉冲的幅度的影响。在 Bellhop 程序
的波的幅度大大减小，使得第一个波的幅度相对较 中，当声线与粗糙界面作用时，即使波高较小，但只
大；二是第一个波的绝对幅度的确增加。为了探讨 要波陡足够大，即波面的倾斜度足够大，便能使得
是哪种原因，图 7 给出了两种海面下，声源距离为 声线掠射角大大改变，使得许多声线以较大的掠射
16.23 km、接收深度分别为59 m 和247 m 时的声压 角朝向海底。由文献 [10]可知，风速较小时，波高较
计算结果(声压不做归一化处理)。对于 59m接收深 小，对声能量的影响也十分微弱。因此，若想使用
度处的信号，两种海面下第一个波的信号幅度相差 Bellhop 程序定量考察粗糙海面下的声场是十分困
相对较小，但是平整海面下的界面反射的到达信号 难的，本文仅做定性分析。为了减小运算量，这里
数量多，并且整体上幅度也较高。而对于 247 m 处 做了两点简化，一是粗糙海面舍去了起伏较小的风
的接收信号，平整海面下第一个波的幅度很弱，其他 浪成分，即只保留光滑的涌浪成分；二是波高降为
的反射波的信号幅度较强。而涌浪海面下的结果则 1 m。