声跃层结构变化对深海汇聚区声传播的影响

根据射线理论建立了线性声速结构条件下的声跃层强度与深海汇聚区关系模型,用最小位移角讨论了海洋环境变化（如声跃层强度变化、声跃层位置变化及季节性跃层生消等）与汇聚区距离和宽度变化的相关性.结果表明,声跃层的结构变化对汇聚区特征影响很大.声跃层强度增大使汇聚区向远离声源的方向变化,跃层强度每增加0.01 s-1对应的汇聚区位移增大约为3.5～5.0 km.声跃层位置变化对汇聚区的影响小于声跃层强度,与两层结构的声速剖面相比,上行结构使汇聚区向靠近声源的方向变化,声跃层上升200 m对应的汇聚区位移减小约为1.0～1.5 km,声跃层越浅,汇聚区距离越近;下行结构使汇聚区向远离声源的方向变化,混合层加深200 m对应的汇聚区位移增大约为1.0～1.5 km,混合层越深,汇聚区距离越远.季节性跃层的生消使近表层有负梯度、零梯度和正梯度的变化.负梯度结构的变化规律与两层结构条件下的声跃层强度变化类似,但对汇聚区的影响程度相对较小;正梯度结构使汇聚区在近表层出现表面声道,梯度值的增强将使汇聚区向靠近声源的方向变化.     

南黄海海水中悬浮体垂向分布类型及跃层

海水中悬浮体的垂向分布并非上下均匀,而是具有明显的层化现象,这种情况与海水中的温度、盐度、密度等物理性质的层化现象一样,不是偶然的,而是常年存在的,同时,悬浮体含量的层化分布对于海水的某些物理性质有较大影响。 1958年中国科学海洋研究所在南黄海南部海水中悬浮体的调査中已发现了悬浮体含量分布的层化现象。1981年, Kanau Matsuike等(1983)在东海区悬浮体的调查中发现了长江口外浅滩区海水中光束衰减的层化现象。Gorsline和Swift (1977)在关于大陆架沉积动力学的论述中指出,海水密度的层化现象总是伴随着悬浮体浓度的层化现象。1983-1984年中美南黄海沉积动力学联合调查中,作者(秦蕴珊等,1986)也发现了该区内海水中悬浮体含量的层化分布现象,并且提出了“悬浮体跃层”的概念。同期,赵保仁等(1986)在研究秋末南黄海海水透光度及其与环流的关系时指出,水体中透光度存在着一个“跃变层”。实际上,影响海水透光度衰减的主要因素是悬浮体浓度,因而,上述透光度之“跃变层”乃是悬浮体跃层在光学方面的表现。上述报道结果说明,悬浮体垂向分布的层化现象及悬浮体跃层的存在已经引起了有关学者的注意。但是,其性质、季节变化及成因等问题却很少有人研究,它们对海水许多重要物理性质的影响也鲜为人知,因而这些问题的解决在理论和实践方面均具有重要意义。 在总结了历年调查资料基础上,作者于1988年4月又在南黄海进行了补充调査,共设55个站位(图1),对本区悬浮体分布中的层化现象、跃层问题及季节变化等进行了系统分析,并且对其成因及其物理意义进行了初步探讨。关于悬浮体的平面分布问题作者已有专文讨论,兹不赘述。     

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。     

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。     

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。     

数据库与实测数据融合实现对深海跃层的快速估算

海洋跃层的快速估计对于环境的态势评估具有重要意义,跃层估计的精度和估计所用时间是两个主要评估要素.基于实测的温度、密度和LEVITUS数据库中的温度、密度进行融合来对跃层进行快速估计,可通过实测数据对数据库的数据进行补充和修正,然后利用修正后的数据对跃层进行快速评估.结果表明,该方法可以大幅度地缩短跃层估计的时间和提高...     

西沙海槽海域声速特点分析

通过对西沙海槽海域实测的58个声速剖面进行分析研究,认为区内声速剖面具有典型的三层结构特征-表面层、中间跃变层以及深海恒温层。表面层普遍有声速稳定次层,平均厚度约18.6m,表层声速最大值一般出现在下午3点至4点之间,最小值则出现在早上6点至7点之间。声速极小值出现在跃变层与深海恒温层间的过渡水层,其深度最浅为830.7m,平均深度为1220m,但当水深大于1300m以后,声速与水深成线性相关,声速梯度稳定,平均为每百米1.34m/s。     

海洋跃层的谱表达法及自适应识别

提出了海洋跃层的全水层剖面谱表达法,通过海洋要素的垂直变化梯度零线和分布曲线把跃层形态、垂直变化过程及特征全面、系统、完整、准确地凸显出来;分别利用曲率区域最值和小波变换自适应检测法,将跃层谱峰根部的转折特征提取出来,确定了跃层与上下层水体的分界;从而形成了全面表征跃层自然属性特征的"五点三要素"法,即跃层上界点、强跃层上界点、跃层最值点、强跃层下界点、跃层下界点这五个跃层属性特征点和跃层最大强度、强跃层平均强度、跃层平均强度这三个跃层强度要素。基此,建立了一套关于跃层的定义、表达、确定和识别的系统方法,使得绘制系统而完整的跃层各类特征全海区分布图成为可能,为跃层研究和应用奠定了必要的基础。     

日本海温度跃层分布特征概况

在收集日本海海域ARGO和全球温盐剖面计划(GTSPP)海洋调查资料的基础上,逐站进行计算分析温度跃层,参考相关海洋水文图集,阐明了整个日本海温度跃层的海区和季节特点及其变化规律。日本海地理、气象和水文条件具有明显的多样性,致使温度跃层区域分布差异悬殊、变化复杂。温度跃层对海洋科学、舰艇航行等都有重要的学术意义和实际应用意义。