深海主跃层环境对会聚区影响的数值分析

应用BELLHOP模式,对声速剖面的声跃层结构变化引起会聚区偏移特征进行了分析。结果表明,声速垂直结构的变化可导致会聚区位置出现不同程度的偏移:跃层强度增加0.01 s-1将使会聚区向远离声源方向偏移1.5~2.0km;跃层厚度增大50m将使会聚区向靠近声源方向偏移0.3~0.5km;跃层位置加深100m将使会聚区向远离声源方向偏移0.5~1.0km。在跃层的三个特征量中,跃层强度起主导作用。跃层强度变化引起的声线在海洋次表层的偏折差异,进而导致进入深海等温层的入射角差异,是使会聚区发生偏移的决定性因素。     

深海主跃层环境对会聚区影响的数值分析

应用BELLHOP模式,对声速剖面的声跃层结构变化引起会聚区偏移特征进行了分析。结果表明,声速垂直结构的变化可导致会聚区位置出现不同程度的偏移:跃层强度增加0.01 s-1将使会聚区向远离声源方向偏移1.5~2.0km;跃层厚度增大50m将使会聚区向靠近声源方向偏移0.3~0.5km;跃层位置加深100m将使会聚区向远离声源方向偏移0.5~1.0km。在跃层的三个特征量中,跃层强度起主导作用。跃层强度变化引起的声线在海洋次表层的偏折差异,进而导致进入深海等温层的入射角差异,是使会聚区发生偏移的决定性因素。     

深海声速剖面结构变化对会聚区偏移特性的影响分析

应用分层声速剖面模型(LSSPM)和BELLHOP高斯束声场计算模型,对深海声速剖面结构变化引起的会聚区偏移特性进行了分析.结果表明,声速值的整体变化对会聚区影响很小,而混合层、主跃层、深海等温层及声道轴的变化都会使会聚区位置出现不同程度的偏移.主跃层是上层海洋变化的主要体现,混合层变化对会聚区的影响也是通过改变主跃层的形态结构实现的,跃层强度的增大使会聚区向远离声源方向偏移.深海等温层的声速变化体现了深海水团的结构差异,与主跃层引起的会聚区偏移呈反相变化.声道轴附近的声速变化体现了不同类型中层水团侵入和混合的影响,所引起的会聚区偏移反映了声道轴上层与下层梯度变化的综合效应,声速最小值的增加使会聚区向远离声源方向偏移.     

声速垂直结构变化引起的汇聚区偏移

应用Munk模型和BELLHOP模式,对不同声速垂直结构类型条件下的汇聚区声传播特征进行了分析。结果表明,近表层水温、温跃层强度、温跃层厚度以及声道轴深度的变化将导致汇聚区位置发生不同程度的偏移。温跃层是上层海洋变化的主要体现,跃变强度的增加会使汇聚区向远离声源方向偏移。表层水温增加1℃可使汇聚区向远离声源方向偏移0.6～0.7km;温跃层强度增加0.005℃.m-1可将使汇聚区向远离声源方向偏移1.5～2.0km;温跃层厚度减小100m将使汇聚区向靠近声源方向偏移0.4～1.2km。声道轴位置变化则体现了温跃层和深海等温层的共同影响,两者作用相互抵消,使汇聚区偏移很小,声道轴加深100m将使汇聚区向靠近声源方向偏移约0.1km。     

中国近海声速剖面的模态特征

利用WOA05数据集提供的气候态声速场数据,通过模糊C-均值聚类分析,得到了中国近海声速剖面模态特征的区域性分布和季节性变化。结果表明,中国近海的声速剖面结构可分为深海型(D型)、浅海型(S型)和过渡型(T型)三个基本类型。深海型剖面为"季节性跃层/正梯度+主跃层+深海声道+深海正梯度"结构,南海和菲律宾海因所属水系不同呈现出明显差异;浅海型剖面季节性变化强烈,冬季为正梯度或均匀型结构,其它季节为"混合层+季节性跃层+下均匀层"结构,负梯度强度与季节性跃层的变化有关,在夏季达到最强;过渡型剖面形态与邻近的深海型上层结构类似,但因受地形制约产生与深海型不同的声传播特征。海面太阳辐射、海洋环流、混合层以及水团配置的季节性变化导致的温盐场空间分布差异是造成不同海区、不同季节声场速剖面结构差异的根本原因。     

浅海双跃层脉冲声传播

利用在东海测量的双跃层声速剖面和修改的单跃层声速剖面,数值模拟了2种跃层条件下不同收发深度声脉冲传播的波形。模拟结果表明,当声源或接收器位于上混合层时,信号波形在2种条件下都出现梳状多途结构。当声源和接收器都位于下混合层时,信号波形在2种条件下均相似。当声源位于中间均匀层时,信号波形在除上混合层以外的4层都有显著差异。用简正波的深度-简正波号域的幅度和相应的群速度解释了双跃层和单跃层声速剖面条件下信号波形特点以及异同的原因。     

基于WOA13数据的海区位置对北大西洋声波导影响分析

应用WOA13季节平均数据和BELLHOP模型,在季节、声源频率等因素确定的情况下,分10 m表面声源和250 m水下声源,分析北大西洋冬季东、西部海区的声波导情况。在给出不同海区位置的声速场和声波导具体信息的基础上,研究其规律:最小声速值和声道轴深度由直布罗陀海峡向外递减扩散,表层声速值和声速梯度由南向北递减,声跃层存在于低纬度海区,混合层在低纬度通常在100 m以内,在高纬度增加至100 m以上。10 m深度表面声源的汇聚区反转深度随纬度增加逐渐减少,西部海区深于东部海区;西部海区的汇聚区跨度大于东部海区,东西部跨度最大值出现在25°N和15°N,传播损失基本一致。250 m水下声源的汇聚区反转深度浅于10 m深度表面声源时,同样是西部海区大于东部海区,汇聚区跨度呈低-高-低规律,东西部跨度最大值出现在35°N和25°N;东部海区25°N以南、西部海区15°N以南,不同接收深度上的传播损失差异较大,以北差异较小。同时简要叙述了声影区对目标探测的影响。     

台风“天秤”对两种深海声道下声传播的影响

将Argo浮标资料与卫星遥感再分析数据相结合,调用基于抛物方程算法的RAM(Range-dependent Acoustic Model)模型,研究了2012年第14号台风“天秤”对不完整深海声道(3 000 m)和完整深海声道(5 500 m)两种水深条件下声传播特性的影响。结果显示:台风对海水的影响局限于表层水体,具体为混合层加厚,混合层内温度梯度接近于零,声速在混合层内正梯度分布;混合层下方一定深度的水体增温,相应的声速也增大。声源在混合层内时,主要对海表层的声传播产生影响,两种水深条件下均出现表面波导声传播模式以及泄漏模式。声源在混合层以下时,不完整深海声道条件下台风使得会聚区向着声源方向靠近;完整深海声道条件下台风对会聚区的位置影响不明显,但声波的翻转深度增加近500 m。     

南海西部中尺度暖涡环境下汇聚区声传播效应分析

应用高斯束射线模型对南海西部中尺度暖涡环境下的汇聚区声传播效应进行了分析.结果表明,暖涡引起的声速场环境变化和海底地形变化的双重效应使汇聚区声道出现了复杂的变异.当水深大于临界深度时,涡引起的环境变化起主要作用.对于暖涡结构,涡中心产生的汇聚区距离最远;声波从涡中心向外侧传播时,汇聚区距离逐渐变小;声波从涡外侧向中心传播时,汇聚区距离逐渐变大.当水深小于临界深度时,海底地形变化起主要作用,地形变浅使汇聚区声道出现"截断效应",声道中的能量迅速衰减.在暖涡西侧,声速场的水平非均匀性与陆坡式的地形对声传播起着相反的效应.与声速结构不随距离变化的情况相比,暖涡环境使陆坡地形临界深度附近的汇聚区声道结构发生了明显的变异.     

菲律宾海的声速剖面结构特征及季节性变化

应用Argo资料研究了菲律宾海的声速剖面结构特征。通过统计分析选取了合理的跃层标准，分析了主跃层、季节性跃层和表面正梯度层的区域性分布及季节性变化。结果表明，菲律宾海主要受赤道流系和北太平洋西边界流系的支配，其环流结构和水团配置对声场结构影响很大；主跃层的经向差异显著，但季节性变化较小，其平均位置由南向北逐渐加深，强度逐渐减弱；季节性跃层的分布及变化主要受混合层的季节性变化以及北部海区冬季温跃层通风过程的影响，夏季较强较厚，冬季较弱较薄；深海声道轴季节性变化较小，南极中层水和北太平洋中层水的温盐差异是其经向分布差异的主要原因。综合考虑海区声速结构区域性和季节性特征，将其归纳为6种典型结构，得出了各类声速剖面的模态特征及垂直结构参数的统计特征值。     

一种新的声速剖面结构参数化方法

在Munk模型和GDEM模型的基础上,提出了一种新的声速剖面结构参数化模型,即分层声速剖面模型(LSSPM).模型用含9个参数的四层分段函数分别描述混合层、主跃层、深海声道层和深海等温层的声速结构,形式简明、直观.数值实验结果表明,LSSPM模型对声速剖面的拟合可达到较高的精度,且对于中国周边的深海和浅海区域有较好的适...     

深海汇聚区的焦散结构与声能分布特征

在深海汇聚区声场中,不同初始角的声线在传播过程中因折射程度差异形成特定的焦散结构。根据射线理论推导了线性剖面条件下用F算子表示的声线轨迹模型,并讨论了焦散结构与掠射角及声源-接收深度配置的变化关系。折射型焦散线由0°~5°的小角度声线构成,为波导结构;反射型焦散线由掠射角为±(5°~10°)的声线构成,为折线结构,且上行与下行声线的焦散线结构明显不同。应用BELLHOP模型分析得出了汇聚区增益与声源-接收深度条件的变化关系,并根据射线到达结构和焦散特征提出了一种确定汇聚区位置和范围的方法。     

西北太平洋副热带模态水形成区声传播特性分析

利用Argo剖面数据和水声学数值模型,分析了西北太平洋副热带模态水(STMW)形成区因季节性环境差异所引起的水声传播变化特征。声场计算结果表明,STMW形成区域的声传播为近表层波导与会聚区的复合形式,其中会聚区终年存在,表面波导在秋、冬两季混合层加深的环境条件下出现,次表层波导在夏季STMW潜沉的环境条件下出现。上层海洋中两类不同形式的波导使表层和次表层的声能分布呈反相变化,波导内与波导外的声能差异可达10~15dB(声波频率为1 000Hz)。STMW的季节性变化还会引起会聚区的位置差异,具体情况与声源深度有关。声源在20m时,夏季会聚区距离最远,秋季、春季次之,冬季最近,夏季和冬季相差6.6km;声源在150m时,夏季会聚区距离缩短了3.1km,其他季节变化不大。     

Buoyancy shutdown process for the development of the baroclinic jet structure of the Soya Warm Current during summer

The Soya Warm Current (SWC), which is the coastal current along the northeastern part of Hokkaido, Japan, has a notable baroclinic jet structure during summer. This study addresses the formation mechanism of the baroclinic jet by analyzing a realistic numerical model and conducting its sensitivity experiment. The key process is the interaction between the seasonal thermocline and the bottom Ekman layer on the slope off the northeastern coast of Hokkaido; the bottom Ekman transport causes subduction of the warm seasonal thermocline water below the cold lower-layer water, so the bottom mixed layer develops with a remarkable cross-isobath density gradient. Consequently, the buoyancy transport vanishes as a result of the thermal wind balance in the mixed layer. The SWC area is divided into two regions during summer: upstream, the adjustment toward the buoyancy shutdown is in progress; downstream, the buoyancy shutdown occurs. The buoyancy shutdown theory assesses the bottom-mixed-layer thickness to be 50 m, consistent with observations and our numerical results. The seasonal thermocline from June to September is strong enough to establish the dominance of the buoyancy shutdown process over the frictional spindown.     

Seasonal variations in temperature,salinity and density in the southern coastal waters of the Caspian Sea

Variability in water temperature, salinity and density was investigated based on field measurements near Anzali Port, in the Southern Caspian Sea in 2008. Seasonal changes of seawater properties were mainly observed through the upper 100 m layer, while below this layer seasonal variations of the parameters were minor. Vertical structure of the temperature in the southern coastal waters of the Caspian Sea is characterized by a significant seasonal thermocline between 20–50 m depths with vertical variation in temperature about 16°C in midsummer (August). Decrease of the thermocline occurs with the general cooling of the air and sea surface water, and deepening of the mixed layer during late of autumn and winter. Seasonal averages of the salinity were estimated in a range of 12.27–12.37 PSU. The structure of thermocline and pycnocline indicated agreement between changes of temperature and density of seawater. Seasonal pycnocline was observed in position of the thermocline layer.     

南海海域BT资料、南森站资料计算温跃层--三项示性特征的比较

南海海域海水温度调查资料主要为BT资料和南森站资料两种类型,为比较两种资料计算的温度跃层三项示性特征的区别,本文用同一种温跃层识别、统计方法分别对两种类型资料进行了判别和统计,在此基础上,绘制了南海冬、夏季跃层强度分布图。结果表明,两种类型的调查资料在计算浅温度跃层强度和上界深度上有较明显区别,BT资料的温跃层强度计算结果大于南森站资料,温度跃层上界较南森站资料深,温跃层厚度亦有差别,但规律不明显。两种类型资料对深温度跃层三项示性特征值的计算结果差异不明显。     

Effect of the Internal Tide on Acoustic Transmission Loss at Midfrequencies

Nonlinear internal waves are a common event on the continental shelf. The waves depress the high-gradient region of the thermocline and thicken the surface mixed layer with consequent effect on acoustic propagation. After the waves have passed, it may take several hours for the thermocline to rise to its prewave level. To examine the effect of the rising thermocline, oceanographic and acoustic data collected during the 2006 Shallow Water Experiment (SW06) are analyzed. Midfrequency acoustic data (1.5–10.5 kHz) taken for several hours at both fixed range (550 m) and along a tow track (0.1–8.1 km) are studied. At the fixed range, the rising thermocline is shown to increase acoustic intensity by approximately 5 dB . Along the tow track, the transmission loss changes 2 dB for a source–receiver pair that straddles the thermocline. Using oceanographic moorings up to 2.2 km away from the acoustic receiver, a model for the rising thermocline is developed. This ocean model is used as input to a broadband acoustic model. Results from the combined model are shown to be in good agreement with experimental observation. The effects on acoustic signals are shown to be observable, significant, and predictable.      

长山群岛海区春季水温垂直结构分析

利用海军大连舰艇学院2006年4月长山群岛海区的CTD调查资料,系统分析了该季节长山群岛海区的温度垂直结构,并探讨了其形成机理。分析指出:4月上、中旬是长山群岛海区季节性温跃层的生成期,群岛东侧和南侧边缘受黄海冷水团形成过程的影响,温跃层的出现概率和跃层强度都远远高于群岛内部;在生成时机上,群岛东侧和南侧边缘海域早于群岛内部水域。中间层和底层海水温度的垂直结构与海流有着很好的相关性,在海洋平流的作用下,海区会产生正跃层、逆跃层、冷中间层、暖中间层等复杂的温度垂直结构。上层海水温度结构主要受海面风场和气温的影响,较强的热辐射和充分的风力搅拌能够加速温跃层的生成。