海洋中尺度涡建模及其在水声传播影响研究中的应用

针对海洋中尺度涡对水声传播的影响,利用中尺度涡区的历史水文实测数据提取涡旋强度,空间尺度等中尺度涡特征参数,建立了海洋中尺度涡理论计算模型。运用MMPE水下声场模型仿真试验研究了涡旋性质、强度和位置、声源频率和置放深度对声传播特性的影响。结果表明：暖涡使得会聚区的位置“后退”,会聚区宽度增加;冷涡使得会聚区的位置“前移”,会聚区宽度减小。涡旋的强度越大,“前移”或“回退”的效应越显著。     

海洋中尺度涡建模及其在水声传播影响研究中的应用

针对海洋中尺度涡对水声传播的影响,利用中尺度涡区的历史水文实测数据提取涡旋强度,空间尺度等中尺度涡特征参数,建立了海洋中尺度涡理论计算模型。运用MMPE水下声场模型仿真试验研究了涡旋性质、强度和位置、声源频率和置放深度对声传播特性的影响。结果表明:暖涡使得会聚区的位置后退,会聚区宽度增加;冷涡使得会聚区的位置前移,会聚区宽度减小。涡旋的强度越大,前移或后退的效应越显著。     

Kraken海洋声学模型及其声传播与衰减的数值试验

针对射线、简正波、PE、FFP等传播模型的算法原理及其适用的海洋环境,建立了以Kraken声学模型计算软件为基础的海洋声场数值预报系统.应用该预报系统对4组典型的海洋声场进行了数值试验,结果表明:在相同的海面和海底边界条件下,声场分布是由声速剖面和声源位置决定的.在负梯度声场中,所有声线都折向海底,在极限声线外产生阴影区.声源位于声道轴附近的温跃层中会产生波导传播.用射线理论解释了上述现象的成因,指出了其实际应用价值.     

海洋声速起伏对声传播及定位精度影响分析

海洋中声速起伏导致水声信道发生变化,进而引起声线到达结构的变化,对水声传播及定位精度产生一定影响。为讨论这一效应,基于TDOA体制建立了考虑声线弯曲的水下目标无源定位模型,分析了声速起伏对水下声传播路径及传播时间的影响,进而研究了声速起伏对水下无源定位测量精度影响程度。结果表明:当水平传播距离较大时,声速剖面起伏对声传播路径及传播时间的影响更为显著;以典型四元阵为例,若基线长度为20 km,接收阵位于水下5 km处,在不考虑其它随机误差影响下,海洋声速起伏造成的声源定位误差量级在0.5 m以内。分析结果有助于更好地利用环境特征优化无源定位测量方案,可为高精度水下无源定位系统设计及精度评估提供依据。     

由远程声传播估算海洋pH值的一种方法

海洋中的低频(<1000Hz)声吸收主要决定于海洋的pH值.虽然测得的远程(1000km量级)声传播的绝对幅度相当复杂地依赖于海洋的介质和环境参数,但对不同频率间的相对吸收差的测量能给出有用的信息.此外,沿海面反射声线(RSR)的传播衰减还应附加上海面散射引起的损失.原则上通过比较发射和接收到的声信号的频谱能估算海洋的pH值和表面粗糙度.我们分析了北太平洋750km声传播实验的部分数据.实验结果与理论估算定性地相符,但其测量精度还不足以进行定量的比较(该实验并不是为测量相对吸收差而设计的).估算表明,为了获得0.05的pH测量精度,当信号频率为550±100Hz,传播距离为750km时,对北太平洋(pH≈7.7)和大西洋(pH≈8.0)海域分别需要对100和60个独立测量样本进行平均以消除内波及噪声引起的幅度谱畸变.     

NI4472在海洋噪声和传播损失测量中的应用

利用NI公司的高性能数据采集板NI4472来进一步改善海洋噪声和传播损失的测量情况。     

浅海沉积层声学特性对声传播损失的影响仿真研究

为厘清海底沉积层声学特性信息的水声环境保障需求,构建浅海两层海底环境参数模型,并参考Hamilton海底底质9种分类设置沉积层声速、密度、衰减系数及厚度的参考值及计算采样区间,利用Kraken简振波模型,采用控制变量的方法,研究了浅海沉积层声学特性参数对声传播损失的影响;开展了建模理论推导及数值技术分析,研究了海底沉积层声学特性参数在模型计算过程中调用过程,并从建模计算的角度对仿真计算的结果进行解释,对海底沉积层声学特性调查装备发展及调查重点参数具有一定的参考价值。     

东海PN断面黑潮区域海底起伏对声传播的影响

利用2001年3月东海PN断面“973”调查获得的CTD数据，用数值模拟方法研究了PN断面黑潮区域海底起伏对声传播的影响。由深水区向浅水区传播，随着海底的抬升声线的海底反射和海面反射次数增加，声强衰减更快，限制声传播距离。由浅水区向深水区传播，随着海底降低声线上反转点深度增加，传播一定距离后部分声线不能到达上层水体，于是声强衰减也增快。     

海洋声传播二维PE算法对海底边界条件的改进处理

运用海洋声传播二维 PE算法对不规则海底边界条件的处理 ,作者提出 1种改进方法 ,即利用抛物方程和界面边界条件 ,对界面附近的抛物方程的差分形式进行修正 ,以考虑复杂海底边界的影响。通过实际的数值计算表明 ,运用该方法计算声场 ,在提高计算精度方面起到有益的作用。     

海水对海洋平台声发射传播特性影响研究

针对海洋平台水下钢结构无损检测的需要,研究在空气、淡水和海水作为耦合介质的情况下,声发射波在钢结构传播过程中幅值和能量的变化趋势,以及幅值和能量损失的原因。基于声发射波反射原理,分析声发射波在钢结构中传播的多径效应及波形转换特性,并解释了时域波形发生分离的原因。根据实验结果,分析了盐度对声发射波传播特性的影响。该项研究为提高海洋平台声发射检测中故障源的精确定位提供了实验依据。     

声跃层控制声线传播弯曲模型的构建

基于斯涅耳折射定律,将海水垂向等分成若干层,利用傅里叶步近算法,构建受声速剖面唯一控制的声线传播弯曲模型。将该模型用于模拟研究不同浅海声跃层类型对声线传播弯曲的影响,得出声线波长和轨迹长度按负跃层、无跃层、正跃层的顺序逐渐增加。并利用该模型定量研究跃层深度、跃层强度、跃层厚度三特征参量对声线传播弯曲的影响,得出负跃层强度越大、厚度越大、深度越浅,声线弯曲越大,波长越小。正跃层三特征参量对声线作用相反。     

利用浅海的声传播损失反演海面风速

声信号在浅海环境传播时,经过海面风浪的不断散射,传播损失会相应改变。本文通过分析声传播损失计算海面波高,利用风浪充分成长时波高与风速的关系,对海面风速进行反演,并针对声速剖面在有无跃层两种情况下反演过程的异同进行讨论。利用模拟仿真与2013年黄海声传播实验数据对其进行了验证,结果表明此方法是有效的。     

A Note on Tsunami Bore Front

A note is presented on tsunami bore front. This tsunami bore front is an old dynamical problem but also a new problem to be understood. The tsunami event on 2004 December 26 has raised this is an urgent problem. The author introduces here a model in order to see a hydrodynamical specific property of the tsunami bore front. This modeling gives us a new understanding about what mechanics is for the interested tsunami bore front, especially, around a coastal zone. This work adds a new understanding about mechanics of water motions as the tsunamis generated by the earthquake undersea at a distant area from the coast. The model in this work points out a specific transitional pattern as a function of time and space of tsunami bore front. This modeling gives what is essential at considering tsunami bore front.     

A Note on Tsunami Bore Front

A note is presented on tsunami bore front. This tsunami bore front is an old dynamical problem but also a new problem to be understood. The tsunami event on 2004 December 26 has raised this is an urgent problem. The author introduces here a model in order to see a hydrodynamical specific property of the tsunami bore front. This modeling gives us a new understanding about what mechanics is for the interested tsunami bore front, especially, around a coastal zone. This work adds a new understanding about mechanics of water motions as the tsunamis generated by the earthquake undersea at a distant area from the coast. The model in this work points out a specific transitional pattern as a function of time and space of tsunami bore front. This modeling gives what is essential at considering tsunami bore front.     

Interdecadal Variation of the Transition Zone Chlorophyll Front: A Physical-Biological Model Simulation between 1960 and 1990

The interdecadal climate variability affects marine ecosystems in both the subtropical and subarctic gyres, consequently the position of the Transition Zone Chlorophyll Front (TZCF). A three-dimensional physical-biological model has been used to study interdecadal variation of the TZCF using a retrospective analysis of a 30-year (1960–1990) model simulation. The physical-biological model is forced with the monthly mean heat flux and surface wind stress from the COADS. The modeled winter mixed layer depth (MLD) shows the largest increase between 30°N and 40°N in the central North Pacific, with a value of 40–60% higher during 1979–90 relative to 1964–75 values. The winter Ekman pumping velocity difference between 1979–90 and 1964–75 shows the largest increase located between 30°N and 45°N in the central and eastern North Pacific. The modeled winter surface nitrate difference between 1979–90 and 1964–75 shows increase in the latitudinal band between 30°N and 45°N from the west to the east (135°E–135°W), the modeled nitrate concentration is about 10 to 50% higher during the period of 1979–90 relative to 1964–75 values depending upon locations. The increase in the winter surface nitrate concentration during 1979-90 is caused by a combination of the winter MLD increase and the winter Ekman pumping enhancement. The modeled nitrate concentration increase after 1976–77 enhances primary productivity in the central North Pacific. Enhanced primary productivity after the 1976–77 climatic shift contributes higher phytoplankton biomass and therefore elevates chlorophyll level in the central North Pacific. Increase in the modeled chlorophyll expand the chlorophyll transitional zone and push the TZCF equatorward. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

黑潮延续体温盐锋的时空变化特征及其声场的初步分析

通过对WOA13多年(1955—2012年)季节平均数据的分析,利用绝对梯度最大值连线的方法,得到日本东海岸黑潮延续体温盐锋轴的空间信息,对锋轴线上的锋强度的季节变化特征进行了分析,并利用BELLHOP模型初步讨论了锋区内的声场特点。认为黑潮延续体锋轴线的位置随深度增加逐渐南移,其温盐强度随季节随深度都有明显变化,1—3月份混合层现象明显,此时水下声道受到声源深度的影响明显。     

C网格嵌套技术及其在海洋波动传播模拟中的应用

采用粗细嵌套的ArakawaC网格模拟Klevin波和Rossby波沿赤道传播的过程，研究在粗细网格嵌套边界产生数值振荡和反射的原因及其消减方法，得到合理的并能用于复杂海洋模式的ArakawaC网格下的嵌套方案。数值实验结果表明：波形在粗细网格边界产生数值振荡的原因是波形在不同分辨率下的形态有差异，在粗网格下波形趋向于平坦化，而细网格下趋向于锐化。采用双向嵌套和粗细网格交界处加松弛的方法可以有效地消减数值振荡和反射。