在海洋声学中，水平变化环境中的声传播问题无论对于实际应用还是科学研究都十分重要。但与水平不变海洋环境中的声传播问题相比，对该类问题的研究相对较少。一方面是由于复杂海洋环境的时空变化导致声学参数难以准确测量，另一方面是由于水平变化波导中声场计算模型的限制。随着海洋环境观测和声学考察的增加，越来越详细的环境信息可以被获得，同时也会发现一些新的声学现象。近年来，对水平变化海洋环境中的声传播问题研究在逐步增加。无论对于二维或三维声传播问题，水平不变波导中的声传播理论和声场计算模型在复杂的水平变化海洋环境中都不再适用。本文研究了水平变化海洋环境中的几个声传播问题。　　首先，针对在西北太平洋大陆坡外海进行的一次实验中观测到的接收信号能量在声道轴深度附近较为集中的现象，分析了存在向下斜坡时声源置于海面附近和斜坡表面两种情况下斜坡分别对声传播的影响。使用基于抛物方程的RAM声场计算程序数值仿真，得到不同声源深度下的传播损失和脉冲时域波形，发现声波传播过程中存在能量分布和脉冲时间展宽的一些现象，并对产生的原因做了分析。通过比较数值仿真和实验数据在垂直方向上的能量分布，近似确定了气枪声源的位置。　　其次，进一步发展了Katsnelson等人提出的三维声场计算模型，在垂直方向上使用简正波模型KRAKEN求解本征值和本征函数，水平方向使用抛物方程模型RAM求解对应模式的幅度。该模型物理意义清晰，计算效率高，但由于忽略了各号简正波之间的耦合，只适用于环境参数变化缓慢的问题。使用该模型分析了内波环境和大陆架楔形波导中的声波水平折射现象，数值结果表明，在三维声传播问题中，声场在水平平面内的分布与声源频率和简正波号数有关，这种依赖关系是导致信号频谱变化、波形畸变以及声场时空扰动的主要原因。　　然后，在全局矩阵耦合简正波方法(DGMCM)的基础上做了一些工作，使其适用范围更广。第一，研究了求解DGMCM中线性系统方程的数值实现问题。通过比较线性系统求解器PARDISO和LAPACK，发现针对全局系数矩阵的带状特点，LAPACK的计算速度更快，可求解问题规模更大。但对于大尺度问题，由于内存的限制，包括PARDISO和LAPACK在内的常规算法在普通计算机上不能正常求解全局系统。提出了一种分块五对角矩阵求逆算法，该算法节省内存而且计算效率高，将其应用到DGMCM中，可以实现普通计算机上大尺度声传播问题的精确求解。第二，将DGMCM扩展为可处理多声源问题的模型。为了处理多声源问题，对DGMCM的线性系统方程进行了修改。修改线性系统方程所增加的计算量可以忽略不计，因此扩展后模型可以高效求解水平变化波导中的多声源问题。第三，推导了耦合简正波模型CCMM在处理二维线源问题时的表达式，并将DGMCM和CCMM进行对比分析。两个模型中本地垂直模式序列均具有较快的收敛速度;某些情况下DGMCM比CCMM需要较少的水平分段数;两种方法通过求解不同的耦合简正波系统得到声场解，但求解过程中所需参数的计算量基本相同。此外，DGMCM能够处理一些CCMM不容易解决的问题。　　最后，使用傅里叶变换技术，将二维DGMCM推广至三维，三维声场通过一系列二维线源问题的声场解合成。该三维模型非常精确，可以作为标准参考解来验证其它三维数值模型的计算精度。通过使用合适的本地简正波求解方法，本模型可以用来处理和分析一些实际的三维问题。