海洋锋现象及其对水声传播的影响

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1)为了研究海洋锋对声传播的影响,本章借鉴黑潮引起的台湾海峡南部海洋锋的历史水文观测资料,首次提出并建立了适合描述台湾海峡南部海洋锋的数学模型及其声速表达式。通过与实测资料对比,我们建立的海洋锋模型能准确反映客观实际情况,表现出较好的效果。同时,本章在借鉴了前人研究经验的基础上,首次将经过融合的Argo等多源资料作为水声模型的初始场,以往对声波传播和衰减数值模拟试验的研究,多是利用海洋环境预报模式的结果作为输入值,由于模式缺乏客观、准确的要素初始场,导致实验结果精准度不高的问题无法克服,本文提出一种新途径:采用Argo实测资料,建立了台湾海峡南部海洋锋的数学模型及其声速表达式,利用MMPE水下声场模型进行了海洋声场数值模拟试验,对目标海区典型的声场结构进行了声线路径模拟和传播损失的计算仿真,实验结果通过与前人进行的实际大洋声场实验的结果比较,证实了本文的模拟结果是准确可信的,提高了水声数值模拟试验的准确有效性。海洋环境对声呐装备效能的有效发挥关系密切,它既能对声呐装备技术、战术性能构成消极影响,也可增进声呐装备性能。海面和海底都会对声波的反射造成损失。在复杂的海洋环境中声纳装备的性能均会产生或弱或强的不稳定变化,甚至会导致声呐系统出现盲区或弱视区,严重影响声呐装备的远程探测,另一方面,也可利用水声环境效应来达到战术隐蔽的目的。由于海洋锋是温度的跃变区,即是声速的跃变区,海洋锋对声线的传播具有强烈的反射、折射作用,产生一系列的声传播的奇异区,如同陆地中的山峦和屏障,因而海洋锋对声纳的探测距离具有屏蔽阻隔作用。本章依据海洋锋的动力学特性,运用MMPE水下声场模型对声波在海洋锋面区的传播规律进行了研究,并通过仿真试验讨论了声速扰动因子、声源频率和声源位置对声传播的影响以及对声纳探测带来的误差,旨在为海军潜艇水下活动提供借鉴。一般来说,声波从冷水区向暖水区传播(对应有锋)和声波在冷水区(对应无锋)传播比较,传播损失相差较大,在很多情况下相差10~20dB;有锋存在时会聚区距离明显增大,增大几千米至十几千米;强度较弱的海洋锋即扰动因子小所形成的声场要比较强的海洋锋即扰动因子大所形成的声场的会聚区距离大,差值在几十公里左右;在弱锋面中会聚区的宽度(以高出最小传播损失5dB来测定)比强锋面中会聚区的宽度大,最大处可达30公里。因此我们认为强度较弱的海洋锋的存在更利于声纳远距离探测目标,更利于建立海上警戒、反潜、防潜作战系统;而强度较强的海洋锋的存在更利于潜艇实施隐蔽。声传播损失随频率的增高而增大,原因是海水的吸收损失对高频声波作用更大,这是现代远程声纳普遍采用低声频工作的重要原因;低频时海洋锋面对声传播的影响要大于高频时的影响,是由于高频声波能量集中,受海洋内部结构扰动变化较小的缘故。声源位于近海面形成表面波导传播;声源位于锋面铅直作用深度下边界以下时声波分别向海面和海底方向折射,水平传播距离只有几十公里;声源位于海底形成与近海面声道相对称的海底声道传播。
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