基于正交匹配追踪的声层析方法

声速剖面的变化会对声传播产生较大的影响，经验正交函数模型经常用来实现对声速剖面数据的简化描述。然而在内波、湍流等海水不均匀性存在时，这种正则化操作会造成声速重构精度的大幅降低。本文利用字典学习生成声速剖面的非正交原子，在稀疏编码时采用正交匹配追踪（OMP，Orthogonal Matching Pursuit）算法，更新字典则使用KSVD （Kernel Singular Value Decomposition）的字典更新算法。由于字典学习不需要强制使用正交条件，对于训练数据更加灵活，从而可以使用少数的原子组合达到更高的重构精度。利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面研究了海水声速剖面的经验正交函数表示和字典学习，研究表明：相比于正交函数表示，学习字典可以利用少数原子（甚至一个原子）更好的解释声速剖面扰动。字典学习可以提高声速剖面的稀疏性，从而提高声速剖面的反演精度。     

海底观测网技术进展与发展趋势

海底观测网络由于其特有的能源供给与信息传输优势,受到了广泛关注与重视。文中简要回顾了国内外海底观测网技术的发展现状,并就海底观测网技术发展趋势进行了探讨。     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团，以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强，研究领域不断拓展，涌现了大量具有广泛影响力的研究成果，其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”，发展了第三代海浪数值模式；提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法；发现并命名了“棉兰老潜流”，揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等，系统描述了太平洋西边界流系；提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流)；不断完善了中国近海陆架环流系统，在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流，以及陆架波方面均取得了深刻的认识；从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结；发展了浅海水团的研究方法，基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制，在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献；阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制，揭示了中尺度涡的三维结构，定量评估了其全球物质与能量输运能力；基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征，提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制；构建了“南海内波潜标观测网”，实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识；发展了湍流的剪切不稳定理论，提出了海流“边缘不稳定”的概念，开发了海洋湍流模式，提出了湍流混合参数化的新方法等；在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识，并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响；研发了全球浪–潮–流耦合模式，推出一系列海洋与气候模式；发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统；建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台；发展了ENSO预报的误差分析方法，建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系，揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应；初步建成了中国近海海洋观测网；持续开展南北极调查研究；建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统，为中国气象减灾提供保障；突破了国外的海洋技术封锁，研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器；建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型，为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示，经过70年的发展，中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍，这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

Effects of internal waves on signal temporal correlation length in the South China Sea

We simulated the temporal correlation of sound transmission using a two-dimensional advective frozen-ocean model with temperature data from a temperature sensor array on a propagation path in the South China Sea (SCS) Experiment 2009, and investigated the relationships of temporal correlation length, source-receiver range, and maximal sound speed fluctuation mainly caused by the solitary internal waves. We found that the temporal correlation length is −1.2-power dependent on source-receiver range and −0.9-power dependent on maximal sound speed fluctuation. The empirical relationship is deduced from one-day environmental measurements in a limited area, needing more works and verification in the future with more acoustic data. But the relationship is useful in many applications in the area of SCS Experiment 2009.     

Geoacoustic inversion for sediments in the South China Sea based on a hybrid inversion scheme

We performed a long range acoustic propagation experiment in the South China Sea (SCS) in November 2004. The environment of the experiment was with an isothermal sound speed profile, where influence of water volume fluctuation was small, meaning that bottom parameters can be well estimated from acoustic signals. We inverted the acoustic parameters of sediment by using a hybrid inversion scheme that combines the matched field processing inversion with Hamilton sediment empirical relationship and transmission loss data. The numerical results show excellent agreement with the experiment data, indicating validity of the inverted parameters.     

Matched-field inversion of sound speed profile in shallow water using a parallel genetic algorithm

A sound speed profile plays an important role in shallow water sound propagation. Concurrent with in-situ measurements, many inversion methods, such as matched-field inversion, have been put forward to invert the sound speed profile from acoustic signals. However, the time cost of matched-field inversion may be very high in replica field calculations. We studied the feasibility and robustness of an acoustic tomography scheme with matched-field processing in shallow water, and described the sound speed profile by empirical orthogonal functions. We analyzed the acoustic signals from a vertical line array in ASIAEX2001 in the East China Sea to invert sound speed profiles with estimated empirical orthogonal functions and a parallel genetic algorithm to speed up the inversion. The results show that the inverted sound speed profiles are in good agreement with conductivity-temperature-depth measurements. Moreover, a posteriori probability analysis is carried out to verify the inversion results.