1、海洋的聲學特性1College of Underwater Acoustic Engineering第1頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四本講主要內容海底聲學特性（了解）海面聲學特性（了解）海洋內部的不均勻性（了解）2College of Underwater Acoustic Engineering第2頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四1、海底聲學特性海底結構、地形和沉積層是影響聲波傳播的重要因素3College of Underwater Acoustic Engineering第3頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四海

2、底對聲波的吸收、散射和反射等聲學特性關系到水聲設備作用距離的遠近海底聲波反射系數與海底地形有明顯的依賴關系。高于幾千赫頻率的聲波，海底粗糙度是影響聲波反射的主要作用反向散射強度(朝聲源方向的聲散射。) ：單位界面上單位立體角中所散射出去的功率與入射波強度之比。4College of Underwater Acoustic Engineering第4頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四深海平原海底反向散射強度與入射角的關系在小入射角時，散射強度隨入射角增大而減小，與頻率一般無關入射角5度時，散射強度10lgms近似與 成正比大入射角時，散射強度可能與頻率的四次方成正比5Co

3、llege of Underwater Acoustic Engineering第5頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四非常粗糙海底反向散射強度與入射角的關系反向散射強度幾乎與入射角無關反向散射強度幾乎與頻率無關6College of Underwater Acoustic Engineering第6頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四人們關心的海底參數聲速（反演）密度（反演）衰減系數（反演）底質（取樣）垂直分層結構（取樣）2001年中美聯合考察2005年黃海實驗7College of Underwater Acoustic Engineering第

4、7頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四海底特性探測多波束側掃聲納探測海底地形8College of Underwater Acoustic Engineering第8頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四海底沉積層描述：覆蓋海底之上的一層非凝固態（處于液態和固態之間）的物質。 聲速：沉積層中有壓縮波速度（聲速） 和切變波速度 兩種。衰減系數（dB/m） K為常數；f為頻率，單位kHz；m為指數，通常取1 海底聲反射損失定義：反射聲振幅相對入射聲振幅減小的分貝數9College of Underwater Acoustic Engineering第9頁，

5、共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四海底反射系數模和反射損失BL值隨掠射角的變化 高聲速海底低聲速海底10College of Underwater Acoustic Engineering第10頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四深海實測的海底反射損失11College of Underwater Acoustic Engineering第11頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四海底反射損失的三個特征存在一個“分界掠射角” ，是海底反射損失的一個特征參數當 時，反射損失值較小,隨 增大而增加當 時，反射損失較大,與 無明顯依賴關系

6、海底反射損失簡化模型-三參數模型12College of Underwater Acoustic Engineering第12頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四三參數： 、 、參數計算1） 的計算2）V0的計算3）Q的計算 13College of Underwater Acoustic Engineering第13頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四注意：實際海底存在吸收處理方法：將海底聲速視為復數，此時不會發生全內反射。按照書上的方法計算：又14College of Underwater Acoustic Engineering第14頁，共21

7、頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四令：與書上結果： 略有不同！注意：三參數模型可用于分析海洋中聲場的平均結構15College of Underwater Acoustic Engineering第15頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四2、海面聲學特性 海面波浪周期性周期、波長、波速和波高等量描述其特征；隨機起伏性概率密度分布、方差、譜和相關函數等描述其特征。16College of Underwater Acoustic Engineering第16頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四波浪的基本特征重力表面波：以重力作為恢復力的波動

8、表面張力波：以表面張力作為恢復力波浪的形成和等級平均波高有效波高平均1/10最大波高記錄中1/10最大波高的平均值 波峰到波谷垂直距離的平均值記錄中1/3最大波高的平均值17College of Underwater Acoustic Engineering第17頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四波浪的統計特征波浪的概率密度分布 常識：在水聲學中經常將波面的概率分布視為高斯分布。 充分成長的海浪譜Pierson-Moskowitz譜（P-M譜）18College of Underwater Acoustic Engineering第18頁，共21頁，2022年，5月20

9、日，12點42分，星期四海面表面層內的氣泡層聲波的吸收體聲波的散射體 海面對聲傳播的影響簡介 鏡反射漫散射：形成散射場。隨著海面粗糙度增加，漫散射場占主要分量。反向聲散射：形成海面混響海面波動：導致海面散射波產生多普勒頻移19College of Underwater Acoustic Engineering第19頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四3、海洋內部的不均勻性湍流描述：流體流經固體表面或是流體內部出現的一種不規則運動。它是一種隨機運動的旋轉流。它形成海水中溫度和鹽度的細微結構變化，引起聲速的微結構變化。 內波描述：兩種不同密度液體在其疊合界面上所產生的波動。波長可達幾十公里到幾百公里，波高從10米到100米。對低頻、遠距離的聲傳播信號有重大影響。 20College of Underwater Acoustic Engineering第20頁，共21頁，2022年，5月20日，12點42分，星期四海流描述：海水從一個地方向另一個地方作連續流動的現象。基本在水平方向上流動，流速較快，呈長帶狀。其邊緣將海洋分成物理性質差異很大的水團的鋒區，對聲波傳播影響較大。深水散射層