浅海沉积层声学特性对声传播损失的影响仿真研究

为厘清海底沉积层声学特性信息的水声环境保障需求,构建浅海两层海底环境参数模型,并参考Hamilton海底底质9种分类设置沉积层声速、密度、衰减系数及厚度的参考值及计算采样区间,利用Kraken简振波模型,采用控制变量的方法,研究了浅海沉积层声学特性参数对声传播损失的影响;开展了建模理论推导及数值技术分析,研究了海底沉积层声学特性参数在模型计算过程中调用过程,并从建模计算的角度对仿真计算的结果进行解释,对海底沉积层声学特性调查装备发展及调查重点参数具有一定的参考价值。     

北极航道利益研究综述

为了解国内外关于北极航道利益的研究成果,促进我国对北极航道资源的进一步研究和开发利用,文章从北极航道的利益相关主体、利益归属和经济利益3个方面梳理相关文献,并提出未来研究方向和重点。结果表明:北极航道的利益相关主体主要包括北极8国、近北极国家和传统航道受益国;加拿大和俄罗斯依据"历史性权利"和"直线基线法"强调其对北极航道的主权,而其他国家认为其"内水论"的主张具有不合理性,争议重点在于国际航道属性的判定;北极航道对于提高航运利益、贸易利益和资源利益发挥重要作用;北极航道利益相关主体可能形成的经济利益关系和利益集团是重要研究方向,其中增加创新点和搭建模型等是研究重点。     

北极海冰输出研究综述

北极海冰对全球气候变化起重要的指示作用。除了海水冻结和融化过程以外,通过弗拉姆海峡(Fram Strait)的海冰输出也是影响北极海冰质量变化的重要动力机制。观测数据中的多源卫星遥感数据(尤其是辐射计观测数据)在获取大尺度连续观测方面具有独特的优势,在研究北极海冰输出面积通量变化方面有着广泛应用。本文总结了北极弗拉姆海峡、其他通道(S-FJL、FJL-SZ、加拿大群岛、Nares海峡通道)海冰输出面积或体积通量,着重介绍了弗拉姆海峡不同年龄海冰输出情况,并总结和分析了影响北极海冰输运的大尺度大气活动模态。最后,本文阐明北极海冰输出方面现有研究的不足之处以及未来的突破方向。     

国内北极问题研究的理论和方法综述

为对北极地区进行更深入和更细致的探索,助力我国参与北极事务和开发利用北极资源,越来越多的国内学者对北极问题展开研究。文章梳理国内北极问题研究的理论和方法,并分别从来源、应用和展望等方面对现有理论和方法进行分析和总结。研究结果表明:国内北极问题研究的理论主要包括渐进决策理论、地缘政治理论和地缘势理论、通权论和“通实力”理论、国际公共品理论和公共价值管理理论以及多层治理理论和协同治理理论,方法主要包括定性分析方法、定量分析方法、定性与定量相结合的分析方法以及多学科交融的新型方法;基于相关理论和方法尚缺乏纵向支撑、系统体系和量化分析的现状,未来北极问题研究的发展趋势为研究体系增强系统性、学科交融、研究理论富于实用性以及研究方法融入更多量化分析。     

北极航道安全研究文献综述

尽管在全球气候变暖的大背景下北极海冰总体上呈现消融的趋势,"西北航道"和"东北航道"也已分别与2008年和2009年首次被人们在没有破冰船的护航下成功穿越,但由于北极地区位置特殊,资源丰富,军事价值和科研价值突出以及对全球气候变化的独特影响,已成为各国政府和学术界关注的焦点。因而对北极航道的关注也持续升温,航道安全也成为我国学术界关注的重点。本文主要从自然环境、航道的通行权及海事管辖权、航道基础设施及助航技术支持、人员与船舶操纵方面阐述影响北极航道安全的因素,探讨我国在积极应对北极航道安全挑战中的行动。     

基于ScienceDirect数据库的国外北极问题研究综述（2007—2021年）

随着北极海冰融化的加剧,北极问题研究的重要性逐渐凸显。文章以ScienceDirect数据库为主要搜索范围,系统梳理了2007—2021年国外北极问题研究文献,从北极航线、北极经济、北极政治和北极环境4个方面对国外北极问题研究现状进行了分析。认为未来的国外北极问题研究中,北极航线相关问题研究将聚焦于北极航线运营模式的研究;北极经济问题研究将注重区域经济和北极产业发展;北极政治研究依然会着力探讨如何在北极治理中的合作问题,虽然目前的北极政治研究中定性分析和描述性分析较多,但未来将增加定量分析和理论创新的研究;北极环境问题研究将注重北极经济开发和环境保护的平衡,进一步关注北极的可持续发展问题。     

北极海冰对大气环流与气候影响的观测分析和数值试验研究

本文主要根据1953～1977年资料,从观测分析和数值试验两方面研究了北极海冰覆盖面积异常对全球的大气环流和气候、特别是对中国气候的影响,发现北极海冰的影响可与中东赤道太平洋海温异常的影响相比拟,甚或可以超过,指出在气候和长期天气预报研究工作中,极冰变异及其影响需要很好重视。     

北极中央区海冰低密集度现象研究

近年,北极中央密集冰区出现海冰低密集度的异常现象。为了探讨这一现象的成因,本文使用ERA-Interim再分析资料,定义了北极中央区海冰低密集度（LCCA）指数,研究了2009-2016年的6-9月北极中央区发生的海冰低密集度现象。分析表明,研究时段内在北极中央区发生了6次明显的海冰低密集度（LCCA峰值）过程。在这些过程中,局地气温异常并不是导致海冰低密集度现象发生最主要的因素;海冰低密集度区域的形态及冰速场分布均与大气环流场相对应;在LCCA指数峰值发生前均有气旋中心出现在北冰洋70°N以北并伴随向北移动,气旋引起海冰辐散,同时所携带的较低纬度的热量导致海冰迅速融化。在6次过程中,有3次为气旋影响配合北极偶极子（DA）型环流。LCCA指数与84°N平均向北温度平流和北极中央区海冰速度散度呈正相关。在LCCA指数峰值前,温度平流对海冰低密集度区域形成的影响大于海冰辐散的影响。     

北极油气勘探开发技术最新进展研究

文章总结了主要国际机构对北极地区油气资源储量的评估,并探讨了北极油气资源开发面临的恶劣环境挑战及其应对技术。得出:随着全球对能源的需求日益增长,科技的不断发展,全球的消费者将来用上来自遥远北极的油气产品指日可待。未来可能对北极油气勘探开发起重要影响的技术有可控源电磁技术、拖缆地震采集技术、新型磁力断层摄影检测技术、套管钻井技术、适合极地的钻井平台、破冰油船、破冰LNG船等;但是目前这些技术主要由大型跨国油气公司和油田技术公司掌控,并主要集中在环北极国家。迄今为止,我国尚未涉足勘探北极地区的油气资源,并在相关科技能力和设施条件等方面与环北极国家相比还存在较大差距。基于此,为我国相关机构参与到北极油气勘探开发提出相关建议。     

北极东北航道海冰变化特征分析研究

21世纪以来,北极海冰正在发生快速变化,海冰覆盖范围明显减小,厚度显著变薄,在此背景下,东北航道的提前开通成为可能.本文对多年来北极东北航道内的海冰变化特征和近几年东北航道的开通情况进行了分析研究,认为东北航道在9月份开通的可能性最大,8月份次之,10月份通航的困难较大;历年的航道开通起始时间变化较大,俄罗斯新西伯利亚群岛和北地群岛,与大陆之间的海冰对东北航道的开通起着关键作用.东北航道的海冰年际变化较大,这给未来东北航道使用带来了较大挑战.     

2005年7月北极地区大气环流特征的数值研究

利用一个极地中尺度数值模式(Polar MM5)对北极地区大气环流进行了2005年7月17-19日48 h的中尺度数值模拟研究。数值分析表明,2005年7月19日500 hPa高度上,北冰洋上空北极点以东由一个冷低压控制,在极点以西则是一个暖性高压系统,在地面图上对应的则是一个气旋性环流和反气旋性环流;整个极区呈现出高(反气旋)-低(气旋)-低(气旋)-高(反气旋)的波动分布型态。选择了5个北极地区探空站与相应温度场和风场的数值模拟结果进行了对比;气象变量统计分析和垂直分布表明了数值模式很好地再现了观测大气特征,表现为小的模式偏差和较高的相关系数。在Barrow站2 m处空气温度,感热通量和潜热通量具有明显的日变化特征,PolarMM5还有效地反映出此处极地逆温层和下降风的垂直结构特征。     

北极冰下水声通信中改进的最小均方/四次方直接自适应均衡器

本文提出了一种适用于北极冰下水声通信的最小均方/四次方直接自适应均衡器（LMS/F-DAE）。它能处理基带复信号,与LMS相比,具有更好的均衡效果。考虑到均衡器的稀疏特性,在其代价函数中加入自适应范数（AN）作为约束。它能根据均衡器系数的大小自适应变化：对于小系数,此约束项存在以加快收敛速度;对于大系数,此约束项不存在以减小均衡误差。利用第九次中国北极科学考察得到的实验数据验证AN-LMS/F-DAE的性能。结果表明,与传统的LMS/F-DAE相比,AN-LMS/F-DAE能提升均衡器的稀疏性且均衡性能更优。     

时变多径水声信道的仿真研究

本文针对浅海水声信道的时变特性,基于射线理论引入海洋参数——强度起伏参数Φ、不均匀度参数A,建立有效的时变多径信道模型,并采用Matlab工具进行仿真．仿真结果表明,该模型相比于确定性模型更容易理解、更真实．文中给出的模型和结论能够为实际通信系统中发射接收机深度等的选择和设计提供一定的参考和依据,有助于对水声信道的了解．     

气候模式和再分析数据中北冰洋中层水再现能力的评估

The simulations of the Arctic Intermediate Water in four datasets of climate models and reanalyses, CCSM3, CCSM4, SODA and GLORYS, are analyzed and evaluated. The climatological core temperatures and depths in both CCSM models exhibit deviations over 0.5°C and 200 m from the PHC. SODA reanalysis reproduces relatively reasonable spatial patterns of core temperature and depth, while GLORYS, another reanalysis, shows a remarkable cooling and deepening drift compared with the result at the beginning of the dataset especially in the Eurasian Basin(about 2°C). The heat contents at the depth of intermediate water in the CCSM models are overestimated with large positive errors nearly twice of that in the PHC. To the contrary, the GLORYS in 2009 show a negative error with a similar magnitude, which means the characteristic of the water mass is totally lost. The circulations in the two reanalyses at the depth of intermediate water are more energetic and realistic than those in the CCSMs, which is attributed to the horizontal eddy-permitting resolution. The velocity fields and the transports in the Fram Strait are also investigated. The necessity of finer horizontal resolution is concluded again. The northward volume transports are much larger in the two reanalyses, although they are still weak comparing with mooring observations. Finally, an investigation of the impact of assimilation is done with an evidence of the heat input from assimilation. It is thought to be a reason for the good performance in the SODA, while the GLORYS drifts dramatically without assimilation data in the Arctic Ocean.     

温度对海底沉积物声学特性影响实验研究

温度的变化是影响海底沉积物声学特性非常重要的因素之一。文章采用同轴差距衰减测量法,在不同温度下对海底沉积物声学特性进行测量,实验得出南海海底沉积物随着温度的升高具有以下声学特性:1)沉积物声速变化比较缓慢,上下波动点较明显,但总体趋势接近线性下降;2)衰减幅值随着温度升高一直下降,偶尔有些波动的异常点,声衰减幅值呈现线性下降的趋势;3)声衰减系数变化呈现抛物线趋势,具有强非线性。对于此类沉积物声速特殊情况,还有待从理论和实验方面更深入地研究解释其成因。     

海底松散沉积物声学性质原位测量实验研究

分析研究了国内外海底松散泥沙的声速和声衰减系数测量的研究现状,并据此研制了海底表层沉积物声速声衰减系数原位测量系统。利用原位测量系统分别在实验室和海滩对不同粒度的沉积物进行了测量分析,得到了不同粒度沉积物的声速和声衰减系数。数据分析表明,沉积物的声速和声衰减系数与沉积物的粒径有密切的关系,粒径越粗,声速越高,声衰减系数越大。通过沉积物声学性质研究,可以开发海底浅层沉积物声学性质原位测量技术,提高相关海洋调查的速度和效率。     

北极放大的时空变化特征及其与北极涛动的联系

The Arctic near-surface air temperatures are increasing more than twice as fast as the global average–a feature known as Arctic amplification(AA).A modified AA index is constructed in this paper to emphasize the contrast of warming rate between polar and mid-latitude regions,as well as the spatial and temporal characteristics of AA and their influence on atmospheric circulation over the Northern Hemisphere.Results show that AA has a pronounced annual cycle.The positive or negative phase activities are the strongest in autumn and winter,the weakest in summer.After experiencing a remarkable decadal shift from negative to positive phase in the early global warming hiatus period,the AA has entered into a state of being enlarged continuously,and the decadal regime shift of AA in about 2002 is affected mainly by decadal shift in autumn.In terms of spatial distribution,AA has maximum warming near the surface in almost all seasons except in summer.Poleward of 20°N,AA in autumn has a significant influence on the atmospheric circulation in the following winter.The reason may be that the autumn AA increases the amplitude of planetary waves,slows the wave speeds and weakens upper-level zonal winds through the thermal wind relation,thus influencing surface air temperature in the following winter.The AA correlates to negative phase of the Arctic oscillation(AO) and leads AO by 0–3 months within the period 1979–2002.However,weaker relationship between them is indistinctive after the decadal shift of AA.     

Effects of seabed properties on acoustic wave fields in a seismo-acoustic ocean waveguide

Acoustic wave fields in an ocean waveguide with a sediment layer having continuously varying density and sound speed overlying an elastic subbottom are considered in this analysis. The objective of this study is to investigate the effects of seabed acoustic properties, including the density and sound speed of the sediment layer and subbottom, on the characteristics of the wave fields. Examination of the reflection coefficient, wavenumber spectrum, and noise intensity of the sound field through numerical analysis has shown that the variation in the acoustic properties in the sediment layer is an important factor in determining the reflected or noise sound fields. In particular, the sediment thickness-to-wavelength ratio and the types of variation of acoustic properties inside the layer give rise to many characteristics that potentially allow for acoustic inversion of the seabed properties. With regard to the wave-field components in a shallow-water environment, the various types of waves existing in a seismo-acoustic waveguide have been illustrated. The results indicate that the effects of the sediment properties on the wavenumber spectrum are primarily on the continuous and evanescent regimes of the wave field. The noise intensity generated by distributive random monopoles at various depths, together with the effect of refractive sound-speed distribution in the water column, has been obtained and analyzed.     

Composition index of n-alkanes and paleoenvironmental study in sediments of the Arctic

INTRODUcrIO\The Arctic plays a tyP1cal role 1n regulating the global climate. AlthOugh it is 1ocated inthe high latitude with extremely low temperature similar to that of the isolated continent of theAntarctic, it is surrounded by land where Eskimo lives. The stirrounded land of North Pole be-longs to the tetritory of me countries of EuroPe, Asia and North AInerica. Thus ecologicaland natural enviroament in the AIctic and sub--arctic area has much closer interactions withrnankind cor…