联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(四):声速剖面应用

在深远海海域开展多波束水深测量时,受海上苛刻作业条件等多种影响,获取全深度声速剖面往往比较困难。首先联合WOA2018温盐模型和多个站位CTD、XCTD实测温盐剖面资料开展了全深度声速剖面重构,进而使用三组来源不同的全深度声速剖面开展了多波束测深声速改正对比分析。从试验结果看,这几组声速剖面对多波束测深精度的影响基本一致。特别是当假定CTD站位采用XCTD设备并由此推算深度大于1099m的温盐及声速剖面时,多波束测深的声速改正结果也能满足海底地形成果的质量要求。     

多波束测深系统声速校正

海水声速是多波束测深系统进行水深测量的基本参数之一,声速剖面正确与否直接影响测量结果的精度和可靠性。声速校正为多波束测深系统提供了正确的声速剖面,根据声速剖面垂向上的变化规律,对原始声速数据进行科学采点,运用软件方法或实验方法对声速剖面进行编辑获得声速数据,最终取得合理可靠的水深值。这里对南海SA12试验区采集的声速资料进行了分析,以SeaBeam2100多波速测深系统为例,对声速校正的技术方法进行了探讨。     

多波束测深系统声速校正

海水声速是多波束测深系统进行水深测量的基本参数之一,声速剖面正确与否直接影响测量结果的精度和可靠性,本文阐述了声对多波束水深测量的影响机理,并通过对南海ＳＡ１２试验区采集的声速资料的分析,以ＳｅａＢｅａｍ２１００多波束测深系统为例,对声速校正的技术方法进行了探讨。     

声速剖面对多波束测深影响的新认识

介绍了声速剖面对多波束测深的影响，并得出了当声速剖面的某一节点偏大时，对边缘多波束的影响使水深偏浅，而对中央部分的波束使水深偏深；当声速剖面的某一节点偏小时，结果反之。该结果对野外资料采集及声速剖面编辑具有特别实际的指导意义。最后指出：当声速剖面出现误差时，中央波束的测深精度并不一定比其他波束的测深精度高。     

印度洋某测区多波束测量声速改正分析

海水声速是影响多波束测深精度的主要因素之一,声速改正方法是否正确直接关系测量结果的精度和可靠性。为保证多波束测深精度,除需具备符合精度要求的多波束系统及其外围设备外,在测量过程中还必须保证各项校正和改正的精度,而在各项校正和改正过程中最难以控制精度的因素便是声速改正。因此,应在测量前充分了解测区的声速变化情况,掌握海区声速变化特征,确定合理的声速剖面测量间隔和布设方位。文中阐述了海水声速特性,分析了印度洋某测区温度、盐度、声速变化规律,对多波束测深进行了正确的声速改正。     

SeaBeam2100多波束系统的声速误差分析

声速是多波束测深系统进行水深测量的重要参数。以SeaBeam2100多波束系统为例,结合实测资料,以MB-system多波束处理软件为辅助,对声速数据进行了分析,并深入探讨了声速剖面对SeaBeam2100多波束系统测深精度所产生的影响。研究表明,声速(尤其是表层声速)对所测水深的精确度起着关键作用。合理的声速剖面是获得高精度多波束测深资料的基本保证。     

MVP在综合调测中对多波束声速改正的应用

走航式温盐深剖面系统(Moving Vessel Profiler,MVP)在走航情况下,快速获取每一海水深度层的温度、盐度和电导率等数据,在现代远洋综合调测中发挥越来越重要作用。文中主要分析了MVP采集的声速剖面数据,提供给多波束测深系统进行声速改正的应用。经分析论证,此改正方式可行,不仅满足多波束测深数据的精度,而且能最大限度的实现数据共享,节约了时间成本和经济成本。     

多波束测深数据确定声速剖面方法研究

分析了声速剖面测量方法及其误差对多波束测深数据精度的影响.根据多波束测深仪45°倾角渡束测深数据对声速剖面误差不敏感的现象,提出了利用多波束测深仪45°倾角波束测深数据确定声速剖面的A-法并结合检查线计算测线交叉区特征点声速剖面误差,为测区声速剖面的外推提供控制,从而减小声速剖面测量误差对多波束测深的影响提高测深数据精度.     

多波束测量声速剖面EOF表示阶次选取研究

经验正交函数(EOF)是描述声速剖面的有效基函数,通常只需要前几阶EOF即可较为精确地表示声速剖面。但使用EOF重构的声速剖面进行多波束测量声速改正时,选取的阶次未必满足多波束测深精度要求。针对此问题,首先介绍了EOF表示声速剖面的原理及流程,然后以北海某区域实测声速剖面数据为例,分析了不同阶次EOF拟合声速剖面误差以及不同阶次EOF拟合声速剖面对多波束测深的影响,最后结合NOAA对多波束测量声速剖面误差造成的水深限差要求确定EOF阶次,实现了在满足多波束测深精度的同时,合理确定EOF阶次的目的。     

远海多波束水深测量中声速剖面获取方法研究

声速剖面正确与否直接影响多波束测深系统测量结果的精度和可靠性,为了获得准确可靠的多波束测深数据,必须努力获取正确的声速剖面数据,来对测深数据进行声速校正。为进一步解决如何高效、准确地获取深远海声速剖面问题,在介绍几种声速剖面获取方法及特点基础上,重点对比了几种方法在远海多波束水深测量中获取的声速剖面数据,并给出了声剖数据的质量检查方法和声剖获取的一般要求,可为同类测量工作提供参考。     

琉球群岛附近海域声场分析

利用美国海军的GDEM(generalized digital environm ental model)数据对琉球群岛附近海域声场进行了研究,分析了该海域声速最小值分布及其对应深度的分布规律;研究了横跨和穿越宫古水道两个断面上上述声场特征的变化,结果表明杭州湾以北的沿岸约30m地形等深线内,冬、春、秋季声速最小值出现在海面,并且有较为稳定的表面声道;夏季闽浙沿岸约30m地形等深线内,声速最小值出现在海面.奄美群岛、冲绳岛东侧130km范围内有很强的海水混合,上升流很明显,导致声速最小值出现的深度在冬夏比在春秋的深400m.     

南沙海域深水区表层沉积物声速与孔隙度相关关系

采用同轴差距测量法对南沙海域海底沉积物取样进行甲板现场声学测量,并计算了声速,结合沉积物取样分析获得的孔隙度,研究了海底表层100 cm沉积物的声速和孔隙度之间的相互关系,分析获得了孔隙度与海底沉积物声速关系的经验公式,结果表明此海域沉积物声速的临界孔隙度为67.80%。将此公式与国内外其他学者建立的经验公式进行了对比,分析发现各预测方程之间存在着差异,说明不同海域的沉积物声学特性具有差异性,经验公式具有区域性,同时分析了其他影响声速的因素。此项工作对于建立和研究南海声场环境具有重要意义。     

台湾省恒春西南海域声速场分析

选取联系南海与台湾海峡 及巴士海峡的主要海上交通和军事要道－我国台湾省恒春西南海域作为研究海域,依据1998年夏,冬季对本海域海洋环境补充调查的CTD资料,按《海洋调查资料处理》的声速换算经验公式,推算得到本海域的海水声速系列,结合该海域温,盐环境背景,分析其声速场特性,给出海水声速的平面,垂及断面分布,也给出了本海域海水声速跃层深度,厚度和强度等三大表征值的变化特性及其声道位置。     

台湾海峡南部声速垂直、断面分布的区域特征

根据台湾海峡南部1997年8月的CTD资料,分析存在的几种主要类型的声速垂直、断面分布状况以及它们的一些重要特征,并简略讨论了声速分布与温度、盐度的关系以及声速的时间变化特征.     

Vertical Sound Velocity Transition in the Coral Reef Core and Its Significance of Indicating Facies

On the basis of the sound velocity measurements of the coral reef core from Nanyong No.1 well of Yongshu Reef in the Nansha Islands,the paper studies the relations between the vertical sound velocity transition features in the coral reef core and the corresponding stratigraphic depositional facies change as well as stratigraphic gap of erosion,analyses the cause of the sound velocity transition,expounds the concrete process of the sea level change resulting in the stratigraphic gap of erosion and facies change in the coral reef and explains the relations between the vertical sound velocity transition in the coral reef core and the corresponding stratigraphic paleoclimate and the sea level change.This study is of important practical value and theoretical significance to the island and reef engineering construction and the acoustic logging for oil exploration in the reef limestone area as well as the paleoceanographic study of the marginal sea in the westerm Pacific Ocean.     

基于时间平均的海底沉积物声速预测

在海底沉积物声速预测中,把不同海域的物理性质完全不同的沉积物试验数据拟合出一个统一的方程存在不足,不但数据过于离散,而且方程中参量的物理意义不明确。借鉴Wyllie等建立的时间平均方程的思路,基于声传播过程中路程、时间和声速之间的基本关系,引入了表征固液双相之间的堆垒方式和耦合状态对声传播路径影响的耦合系数,建立了沉积物声速预测模型。将鹿回头外海、南海南部和北部的沉积物测量数据进行线性回归分析,分别得出适用于不同海域的沉积物声速预测模型,拟合的复相关系数较大,偏差较小,证明该模型能够反映声速随孔隙度的变化规律,且各参数物理意义明确,具有一定的研究和理论探索意义。     

珊瑚礁岩心声速垂向跃变及其指相意义

本文在南沙群岛永署礁南永1井珊瑚礁岩心声速测量的基础上，研究了珊瑚礁岩心声速的垂向跃变特征和相应地层沉积相变及地层侵蚀间断面的关系，分析了珊瑚礁岩心相变造成其声速跃变的原因，阐明了海平面升降形式珊瑚礁地层侵蚀间断面和产生相变的具体过程, 明了珊瑚礁岩心声速垂向跃变与相应地层古气候和海平面变化的关系，该项研究在岛礁工程建设和礁灰岩区石油勘探声学测井以及西太平洋边缘海古海洋学研究学方面具有重要的实用价值和理论意义。     

海南岛东南外海海底沉积物特征及其声学物理性质研究

分析研究了南海北部大陆架西南缘的海南岛东南外海海底沉积物声学物理特性,在多个航次中进行了海底沉积层取样、海水CTD测量、浅地层及旁侧声呐扫测等工作.在实验室里对沉积物样品进行声学参数、沉积学基本参数、物理力学参数和14C年龄测试等分析.根据多尔特曼公式求解出弹性模量、体积弹性模量、压缩系数、切变模量、泊松比和拉梅常数等六项沉积物弹性参数.分析结果表明在该海区海底沉积物的压缩波速为1.474~1.700 m/s,在不同的海区内有高低声速两类性质的沉积物分布;沉积物的切变波速为150~600 m/s;沉积物在100 kHz的声衰减为35~260 dB/m;沉积物的密度为1.4~2.0 g/cm3;沉积物的孔隙度为42%~88%.     

Research on Hydrodynamic Interference Suppression of Bottom-Mounted Monitoring Platform with Fairing Structure

In the disturbance of unsteady flow field under the sea, the monitoring accuracy and precision of the bottom-mounted acoustic monitoring platform will decrease. In order to reduce the hydrodynamic interference, the platform wrapped with fairing structure and separated from the retrieval unit is described. The suppression effect evaluation based on the correlation theory of sound pressure and particle velocity for spherical wave in infinite homogeneous medium is proposed and the difference value between them is used to evaluate the hydrodynamic restraining performance of the bottom-mounted platform under far field condition. Through the sea test, it is indicated that the platform with sparse layers fairing structure (there are two layers for the fairing, in which the inside layer is 6-layers sparse metal net, and the outside layer is 1-layer polyester cloth, and then it takes sparse layers for short) has no attenuation in the sound pressure response to the sound source signal, but obvious suppression in the velocity response to the hydrodynamic noise. The effective frequency of the fairing structure is decreased below 10 Hz, and the noise magnitude is reduced by 10 dB. With the comparison of different fairing structures, it is concluded that the tighter fairing structure can enhance the performance of sound transmission and flow restraining.     

应力-应变过程中海底沉积物微结构变化对其声速的影响

阐述了对海底沉积物样品在应力-应变过程中进行同步声学测量的实验工具及方法,分析了采自南海45个站位的海底沉积物样品的实验数据资料,结果表明,沉积物颗粒越粗、孔隙越小、无侧限抗压强度越大,声速越高.沉积物样品在受力应变过程中,声速具有明显的随应力而变化的特征.进一步探讨了不同应变阶段沉积物的声学特征以及应力所导致沉积物微结构变化对其声速的影响过程,这一研究将在石油地质测井和海底工程基底稳定性评价等方面具有重要应用意义.