Page 12 - 《应用声学》2021年第6期

808 2021 年 11 月

在建模时，声源频率为 1000 Hz，声速剖面选 这两幅图中的红色声线均对应着时域波形中
择实测的随距离变化的声速剖面，地形为实测地 的第一个到达，由此也就解释了涌浪海面下，下层
形，声源位置在图 2(b) 中所示的 16.23 km，深度为 水听器的第一个到达的幅度比平整海面的大。此
50 m，接收位置在图 2(b) 中所示的0 km 处，接收深 外，大掠射角的声线与海底作用次数多，组成了在时
度为 247 m，海底参数与图5(b)、图5(e)所用参数相 间上比较靠后的脉冲到达。涌浪海面使得大掠射角
同。在实际计算中，将声源置于 0 km 处，接收置于 的声线以更加垂直的角度入射到海底，返回水体中
16.23 km 处，相应的地形和声速剖面也均需反转。 的能量减少，因此后面到达的几组脉冲的幅度大大
掠射角范围选择 −5 ∼ 5 ，共 1001条声线。计算平 减弱。
◦
◦
整海面和涌浪海面下的本征声线情况，结果如图 8
所示。图中红色、蓝色、浅青色、黄色、紫色声线分 6 结论
别代表与海底作用1 次、2次、3次、4次、5次的声线。
本文采用理论和实验分析了南中国海北部陆
将与海底作用 1 次的红色声线加粗表示。图 8(a) 中
坡海区冬季存在表面声道时的脉冲声传播特性，结
存在一条红色声线，是由于表面声道厚度变浅，导
果表明，在本文300~400 m左右的海深条件下，平整
致声线从表面声道中折射下来，到达深水的接收器。
海面下，声源在表面声道内时，较高频率的声信号主
图8(b) 中，存在两条与海底作用一次的声线到达接
要在表面声道内传播，下层水听器接收到的信号主
收器，其中一条在与海面、海底各作用一次后回到
要由海面海底反射信号以及由于海洋环境的不均
表面声道继续传播，而在第 4次与海面作用后，再次
匀性 (等温层厚度随距离变化)，从表面声道中折射
反射进入下层水体，到达接收器。另一条红色声线
下来的信号组成。后者由于在表面声道中传播了较
在与海面作用 3 次后，反射到下层水体中，与海底
长距离，因此最先到达接收器，但是能量相对较弱。
再作用一次到达接收器。因此可以发现，平整海面
当存在较大涌浪时，形成的粗糙海面可以使得原本
建模下，下层水体中能收到的一次海底反射的信号
在表面声道中传播的信号反射到下层水体中，使得
是靠海洋环境的不均匀性(等温层厚度随距离改变)
下层水体中的最先到达的信号的幅度增加。同时由
折射下来，声线数量较少。而涌浪海面条件下，声线
于粗糙海面使得大掠射角的声线的反射次数增加，
与任意位置的海面作用后存在一定概率会以较大
导致后面到达的信号的幅度大大减弱。
掠射角反射，穿透表面声道，使得一次海底反射声线
本文涌浪模型取正弦波形，假设海面不随时间
的数量相对较多。
变化，理论分析、计算其对表面声道脉冲传播的影
0
响。当涌浪海面为时间上随机变化的粗糙海面时，
100
需另行研究。
ງए/m 200
300
致谢 感谢参加2017年南中国海冬季调查实验的实
400 验 1 号船上的全体人员，他们的辛勤工作为本文提
0 2 4 6 8 10 12 14 16
ᡰሏ/km 供了可靠宝贵的数据支持。
(a) ࣱட๒᭧
0
参 考 文 献
100
ງए/m 200

300 [1] 王先华, 彭朝晖, 李整林. 海面波浪起伏对声传播的影响 [J].
声学技术, 2007, 26(4): 551–556.
400 Wang Xianhua, Peng Zhaohui, Li Zhenglin. Effects
0 2 4 6 8 10 12 14 16
of wave fluctuation on sound propagation[J]. Technical
ᡰሏ/km
Acoustics, 2007, 26(4): 551–556.
(b) ๙๎๒᭧
[2] Liu R, Li Z. Effects of rough surface on sound propaga-
图 8 两种海面条件下的本征声线 tion in shallow water[J]. Chinese Physics B, 2019, 28(1):
Fig. 8 Eigenrays under two sea surfaces 014302.