北极冰下声传播特性实验研究

通过2017年8月6日在北极海域开展的一次声传播实验，开展了冰下声传播特性实验研究。结合Burke-Twersky （BT）散射模型与射线模型，分析了冰下声传播的多途到达结构，研究了接收声强变化规律，解释了接收声强在30 min内衰减20 dB的现象，分析了接收信号的时间相关性，探讨了接收信号相关性较低的原因。实验结果表明，表面接收信号主要由小角度多次反转反射声线、一次海底反射声线和二次海底反射声线依次构成，表面声道到达信号显著强于海底反射信号。试验冰站在试验期间的运动导致了声传播信号强度和相关性的迅速衰减，并通过仿真得到了验证。     

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。     

水声学方法对黄河口水下底坡失稳现象研究

对黄河三角洲东北部地区的高分辨率水声学资料进行了综合研究。根据所记录的破坏土体变形程度、运动产生的平面形状和地貌特征形态,对土体失稳过程进行分类：浅表土体变形、塌陷凹坑、滑坡和沉积物重力流。结果表明：（１）浅表土体形变的变形程度最低,出现在研究区斜坡上部平滑海底,主要为绳网状泄水构造和表层拉张裂隙。（２）塌陷凹坑在研究区内广泛出现,是局部土体液化后发生了垂直沉降的结果。（３）滑坡多发生在水下斜坡的中上部,由弧形塌陷区、狭窄的冲沟通道和负地形沉积物堆积区组成。滑坡陡坎后缘发现拉张裂隙。（４）沉积物重力流是土体发生变形程度最大,搬运距离最长的土体破坏变形形式。局部区域多次受到沉积物重力流切割和充填作用。     

禁渔初期鄱阳湖流域柘林水库鱼类资源时空分布格局及影响因子

为了解长江十年禁渔初期鄱阳湖流域柘林水库鱼类资源时空分布格局及其影响因子,于2020年9月(秋季)、12月(冬季)和2021年4月(春季)、7月(夏季),采用渔获物抽样和水声学探测相结合的方法对柘林水库鱼类群落和资源密度的时空动态进行调查,并利用广义可加模型(generalized additive model, GAM)识别了影响鱼类资源变化的关键因子。调查期间共采集鱼类5目12科36属54种,鲤形目鱼类占比最高为70.38%,鳙(Hypophthalmichthys nobilis)、(Hemiculter leucisculus)和黄尾鲴(Xenocypris davidi)为优势种。水声学探测结果表明,鱼类密度(ind./1000 m³)具有明显的时空异质性,春、夏季(10.42±17.57和16.34±11.89)显著高于秋、冬季(2.74±3.33和2.02±5.07),中游(3.18±4.76)则显著低于上、下游(11.20±15.66和5.37±9.33)。GAM模型对鱼类密度的总偏差解释率为84.6%,其中经纬度、季节、叶绿素a浓度和溶解氧对鱼类密度的影响效应显著,水深和总氮的影响不显著。鱼类主要分布在29.12°~29.30°N,115.05°~115.15°E区域,显著影响鱼类分布的溶解氧和叶绿素a浓度范围分别为9~12 mg/L和5~15 μg/L。柘林水库鱼类呈现小型化趋势,为维护生态系统稳定性和鱼类多样性,后续需加强对鱼类群落结构和时空分布格局影响的机制方面的相关研究。     

水声环境资料质量检核评估标准规范研究

为规范水声环境资料质量检核评估工作,开展了水声环境资料质量检核评估标准规范研究,参照水声环境数据后期处理一般程序,梳理分析了原始数据、处理算法、模型运用及处理流程等数据质量误差来源;结合标准化水声环境资料处理程序及成果形式,研究了数据及数据处理全流程检核评估方法,给出数据文件、处理代码及配套文档资料应包含的内容及检查方法;研判了数据质量检核评估要求,给出三级验收制度、检核评估形式及提交的资料清单要求,对开展水声环境资料验收汇交规程及相关标准规范的制定、修订工作,具有较强的参考价值。     

基于单波束测深资料的海底冷泉动力学特征反演方法研究

为了准确理解冷泉水体中甲烷气体的分布规律,综合运用单波束测深数据和冷泉水体流场数据,建立了冷泉气泡上升、溶解速率的定量反演方法,利用现场海试资料对反演方法进行了验证,并对海试区域的冷泉气体溢出、溶解通量以及冷泉水体的甲烷浓度进行了估算。计算结果表明,考察船航向与冷泉水体流向的差异会对声学探测结果产生影响,当航向与流向的夹角大于±60°时,声学成像中冷泉倾角的误差将超过50%。同时,冷泉气泡上升速率的衰减与溢出口水深显著相关,相关系数可达0.9,并且冷泉上升流对上升速率的提升效果明显。水合物稳定带的分布对冷泉气泡的收缩速率影响显著,稳定带内、外收缩速率的差异可达3～4倍。冷泉气体通量的计算结果表明,调查区域内冷泉的溢出强度整体较大,同时溶解通量与水深之间呈现明显的分段效应。根据冷泉气体溶解通量估算的冷泉水体甲烷浓度与色谱分析结果具有较好的一致性。相关研究有助于实现对冷泉水体中甲烷气体分布的定量评估,为潜在海底冷泉区的圈划和海域天然气水合物的调查提供技术支撑。     

基于水声学的太湖贡湖湾沉水植物盖度调查

沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分,掌握贡湖湾沉水植物分布及变化对于科学评估贡湖湾水生态状况具有重要意义。应用DT-X多功能回声探测仪开展了贡湖湾沉水植物盖度调查,并将调查结果重点与遥感解析结果进行了对比。结果表明,1m和10m断面的仪器检测结果和人工调查结果差异较小,应用水声学技术开展沉水植物盖度调查简单、高效且精度更高,可以填补现有沉水植物调查方法的空白。     

长江口及济州岛邻近海域声速特征的分析

本文根据调查资料分析了长江口及济州岛邻近海域声速随深度、季节、时问及地理位置的变化．计算了跃层的强度、厚度和深度、讨论了声道的类型及其分布。分析表明：调查海区声速的时空变化较大；跃层和声道都有明显的季节变化和区域特性．     

多模光导纤维光学声探测

The phase modulation of a laser beam in single mode fiber by pre sure-induced refractive index variations produced by an acoustic wave propagating in a fluid has been studied in detail by many workers. This paper describes the phase modulation principle of a laser beam in multimode fiber by presure-induced refractive index variations produ ted by an acoustical wave,and it’s experimental results. The construction of producing the fixed phase difference and the modulation index in a multimode fiber is different from in a single mode fiber.But both results of sound detection are the same.     

海洋声学测温及声层析法

海洋声层析法作为检测海洋内部变化一有力手段，正面临着海洋声学大尺度观测新挑战。本文就海洋声传播的绝热近似；声传播时间的非线性偏移；声速剖面的线性及非线性反演等与声学大尺度观测相关的一些水声学问题的发展现状及存在问题等进行了综述性论述。文中还介绍了赫德岛预演实验等利用声层析法观测海洋内部变化的一些具体应用例