用简正波方法分析声波在海水中的传播特性

采用简正波方法对海水中的声传播特性进行了研究，介绍了简正波方法的原理，给出了一般情况下声传播损失的大体趋势和规律。     

典型浅海环境参数对声传播损失影响及试验验证

针对典型浅海环境参数对声传播损失影响问题,提出了一种基于海底边界反射系数修正的改进耦合简正波–抛物方程模型,设计并开展了典型南海海域声传播损失测试试验,模型相对误差小于 4%、均方根误差小于 3 dB,验证了模型的准确性。接着,分别对声速剖面、海面海况、海底底质、海底地形 4 种海洋环境参数,设计了 5 种工况,进行仿真计算分析。得出声速剖面主要影响声会聚区的分布,负梯度下声会聚区能量多集中于海底和声源深度附近,而正梯度下声会聚区能量多集中于海面附近;浅海环境下声传播损失分布受海面海况、海底底质因素影响较大;海底地形是影响水下声传播损失的主要因素,海底斜坡既可以汇集声波能量,也可以使其发散。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40-90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上，用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明：反射损失值明显地与底的类型有关，细砂底的反射损失较小，粉砂质泥次之，而粉砂质粘土的反射损失较大；对于同类型的海底，孔隙度大者反射损失也较大。此外，还讨论了沉积物中声速的两种经验公式的适用性。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40—90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上,用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明:反射损失值明显地与底的类型有关,细砂底的反射损失较小,粉砂质泥次之,而粉砂质粘土的反射损失较大;对于同类型的海底,孔隙度大者反射损失也较大。此外,还讨论了沉积物中场速的两种经验公式的适用性。     

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。     

浅海内波及声场起伏数值研究

为探讨声学方法监测(反演)海洋内波的可行性,分析ASIAEX2001亚洲海海洋声学实验定点温度链实验数据,结果表明：实验期间存在M2内潮波、周期10～30min非线性内波现象,并观测到双温跃层同相传播“双非线性内波”。分别对垂直和平行于内波传播方向传播声场进行了数值计算分析。垂直于内波传播方向的声传播计算结果表明：简正波波数时间演化函数的频谱与内波引起的声速剖面变化频谱基本一致;简正波系数(模值)时间演化函数的频谱与内波引起的声源位置处的声速演化函数的频谱基本一致;高阶简正波波数差随时间的变化要比低阶简正波波数差小约1个量级。平行于内波传播方向的声传播计算结果表明：内潮波主要导致相邻简正波间耦合;非线性内波包能够导致跨号甚至垮多号简正波间耦合。讨论了2种海洋内波声学监测方法。     

简正波时域分离的模拟实验研究

在水深1．0米，具有平坦海底的区域作了时域分离简正波的模拟实验，得到了1、2、3号简正波。由分离出的简正波相对幅度计算了海底反射损失因子Q。所得实验数据与理论计算结果符合甚好。计算所得Q值与由底质采样所得Q值基本一致。     

海底散射模型对浅海混响的影响研究

对于混响预报,散射强度是一个相当重要的物理量。在波束位移射线简正波理论的基础上推导了浅海混响模型,仿真比较了负跃层浅海情况四种海底散射模型对应的混响衰减曲线,结果表明海底散射模型对浅海混响的影响较为显著。     

耦合Galerkin简正波解的抛物方程方法水下声传播计算

研究水平变化的海洋环境下声传播的计算方法.把Galerkin方法的简正波解应用于耦合简正波抛物方程,可同时考虑海水和海底声场计算,对水平变化的海洋环境问题的数值计算表明,在包含海水和海底的声场计算中该方法的计算结果都具有较高的精度.     

利用浅海的声传播损失反演海面风速

声信号在浅海环境传播时,经过海面风浪的不断散射,传播损失会相应改变。本文通过分析声传播损失计算海面波高,利用风浪充分成长时波高与风速的关系,对海面风速进行反演,并针对声速剖面在有无跃层两种情况下反演过程的异同进行讨论。利用模拟仿真与2013年黄海声传播实验数据对其进行了验证,结果表明此方法是有效的。     

Frequency-selective attenuation of sound propagation and reverberation in shallow water

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｕｎｄ　ｐｒｏｐａｇａｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｗａｔｅｒTXＦｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｏｆｓｏｕｎｄｐ...     

小黑山岛潮下水生层生境适宜性分析-以毛蚶为例

以小黑山岛潮下水生层为研究区域,利用生境适宜性指数（habitat suitability index,HSI）模型,同时结合GIS空间分析,选划出适宜毛蚶的增殖修复区域。综合文献查阅和咨询专家咨询的方式,确定影响毛蚶生存的7个重要影响因子,分别为：底质类型,水温,盐度,溶解氧,水深,pH和氨氮。结合专家赋值法和层次分析法确定每个评价因子的权重,利用GIS空间分析模块将现状调查数据进行插值、重分类和栅格计算,绘制研究区域目标种群生境适宜性地图。结果表明：对于刺参和紫贻贝,研究区域均适宜其生长繁殖,同一物种,相同季节在空间上无站位差异,但各季节的生境适宜性分区变化明显;对于魁蚶来说,东北部海域较适宜增殖,其次为西部海域,四季均以较适宜生境为主,仅冬季出现基本适宜生境。水温是造成季节差异的主要因素,底质类型则是引起生境站位差异的重要原因。可为后续的生物多样性保育和生态修复提供基础资料参考。     

浅水极限波浪几何特征的实验研究

该文通过物理模型实验,对浅水区域内的波浪在破碎前极限状态下的几何特征进行了研究。实验基于JONSWAP谱对不规则波浪进行模拟,通过对波群中出现的单体极限波浪进行捕捉并对波形进行测量而得到研究样本。为了考察底坡因素对极限波浪几何特征的影响,实验共考虑了3组大小分别为β=1/15、1/30以及1/45的地形坡度。统计结果表明,在实验所采用的坡度范围内,当地波高与水深对近岸极限波浪的影响最为显著,随着水深与波高因素变化,极限波浪的几何特征也出现明显的改变。坡度因素对极限波陡和偏度的影响很小,可以被忽略,但是对不对称度参数的影响相对比较明显,坡度越陡,不对称程度越剧烈。最后,通过参数化,本文给出了极限波浪几何特征变化的经验公式。     

乐清湾港区“浅水深用”开发方案的可行性分析

从建港条件、港池正常回淤和港池骤淤等方面,综合分析了乐清湾港区采取"浅水深用"开发方案的技术可行性。研究表明,乐清湾港区采取"浅水深用"开发建设是可行的,乐清湾港池骤淤可能性不大。对乐清湾港区"浅水深用"开发方案的几个关键技术问题进行了探讨:一是码头前沿线的确定,这不仅直接关系到码头投资和营运成本,还对今后乐清湾其它工程产生较大的影响。运用全寿命周期成本理念,通过对建设投资、疏浚方量、维护成本、营运成本等方面的比较与分析以及对码头前沿线位置进行模型试验研究和多方案比选后认为,码头前沿线采用400 m栈桥方案是最为经济合理的。二是港池大开挖技术方式合理确定。为减少港池回淤,开挖方式应采取非坑槽开挖,港池与深槽连通,南、北码头区港池疏浚连通。三是港池疏浚土资源综合利用。在港池开挖和维护中,要贯彻循环经济理念,加强对港池疏浚废土的综合利用。结合港区围垦陆域工程的实施、港池疏浚吹填和软基处理,对港池疏浚泥进行资源化利用,既解决沿海大量废弃疏浚泥的处理问题,又可避免疏浚泥对环境的污染。四是港池维护措施的制定。乐清湾港区港池开挖后,港池的骤淤量虽不大,但港池开挖后采取维护措施是必要的,应考虑经济合理的备淤深度,以减少开挖方量和维护量。五是固滩护滩措施的制定。考虑到双屿港开闸泄水对港区回淤的影响,对双屿港南侧滩地采取必要的固滩护滩措施,遏制或减少双屿港开闸泄水对滩地泥沙的掀动作用。六是应结合乐清湾港池疏浚与吹填工程,加强现场监测,进一步验证前期科研成果的准确性和可靠性。监测资料分析表明,前期科研成果的准确性和可靠性是有保证的。     

菲律宾海深水环境下浅地层沉积特征分析

本文依托菲律宾海浅地层剖面资料,结合前人已发表的该区域样品资料和钻孔资料,对九州−帕劳海脊以及与海脊相邻的西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆浅层沉积物特征进行了初步研究。研究认为海底以下浅层沉积物一般存在3个波阻抗界面,根据其反射特征划分为4个基本类型,并对剖面特征的成因进行了初步探讨,认为在沉积物的沉积过程中,沉积物供给、构造活动、地形以及水动力条件等都对深水沉积起到了重要的作用。本文通过对菲律宾海浅地层沉积特征和控制因素的分析,可为进一步开展菲律宾海深水浅层沉积物研究提供参考。     

浅水分潮对海岸潮致地下水波动特征的影响

基于一维Boussinesq方程,在斜坡海岸边界条件中考虑了半日潮及其浅水分潮的综合作用,应用摄动法得到了方程的二阶解。通过与现场实测资料和数值解的比较,分析了浅水分潮对海岸潮致地下水波动特征的影响。分析结果显示,考虑浅水分潮后,方程数值解能较好地反映实测的潮致地下水波动基本特征;方程各阶摄动解虽与现场实测数据有一定误差,但基本上能反映其波动的趋势性特征。研究结果表明,浅水分潮对海岸潮致地下水波动振幅及其超高值的影响比较显著,也能较好地改善相位上的偏移,因此在对海岸潮致地下水波动特征进行研究分析时,应该考虑浅水分潮的作用。     

渤海油田浅水软刚臂系泊FPSO触底分析

在线性三维势流理论的基础上,采用时域计算方法对BZ25—1油田16万吨级FPSO不同吃水条件下的碰底情况作了分析研究。数值计算结果与模型试验进行了比较,两者吻合较好,说明应用时域计算方法可以从理论上预报FPSO在浅水中的触底情况。这对我国渤海等浅水海域油田应用FPSO系统进行开发具有一定的意义。     

Field investigation on the results of non-linear shallow water equations in the Swash Zone

For the study of the cross-shore wave-induced hydrodynamics in the swash zone, a numerical model is developed based on the one-dimensional non-linear shallow water (NSW) equations for prediction of hydrodynamic parameters in the swash zone. In order to evaluate the accuracy of the outputs of the numerical model, the model's predictions in terms of water surface elevations and cross-shore velocities, are compared to field data from full-scale experiments conducted on three sites with different beach slope; mild and steep, several bed particle sizes and under various incident wave conditions. The quantitative and qualitative comparison of the results of the numerical model and the full-scale data reveals that the model can generally predict many aspects of the flow in the surf and swash zone on both types of beach. The accuracy is adequate for application in a sediment transport study. Considering the time-history and probability distribution of water surface elevation, the model is generally more accurate on steep beaches than on the mild beach. The model can adequately simulate the dominant frequency across the beach and saturation of higher frequencies on both mild and steep beaches for various incident wave energy characteristics. With regard to the horizontal (cross-shore) velocity, the sawtooth shape of time-history and negative acceleration of water are well predicted by the model for both mild and steep beaches. Due to the uncertainties in maximum and minimum values of velocity data, clear judgement about the accuracy of the numerical model in this matter was not possible. However, the comparison of the minimum velocities (offshore direction) revealed that the application of friction factors below the range which is suggested by literature best match the data.     

北太平洋副热带模态水形成区混合层热动力过程诊断分析

利用NCEP海洋数据和COADS海气通量资料,通过诊断分析,揭示了海表热力强迫、垂直夹卷、埃克曼平流和地转平流效应在北太平洋副热带模态水形成过程中的贡献。研究表明,在北太平洋副热带3个模态水形成海域冬季混合层降温过程中,海表热力强迫和垂直夹卷效应是主导因素,二者的相对贡献分别约为67%和19%(西部模态水)、53%和21%(中部模态水)、65%和30%(东部模态水);并且在东部模态水形成海域,埃克曼平流和地转平流皆是暖平流效应,而在西部和中部模态水形成海域,仅有地转平流是暖平流效应。进一步的分析表明,海洋平流(地转平流、埃克曼平流)对北太平洋副热带模态水形成海域秋、冬季混合层温度的年际、年代际异常有显著影响,在西部模态水形成海域,海表热力强迫(62%)和地转平流(32%)是导致混合层温度年际、年代际变化的主要因子;在中部模态水形成海域,混合层温度的年际、年代际变化是埃克曼平流(32%)、地转平流(30%)和海表热力强迫(25%)共同作用的结果;相对而言,东部模态水形成海域混合层温度的年际、年代际异常主要受海表热力强迫(67%)控制。     

大亚湾和大鹏湾两个相邻海湾潮波浅水变形的异同分析

利用实测资料分析重构了大亚湾和大鹏湾潮汐水位“双峰”现象,确定了浅水分潮的异常增长是潮位“双峰”现象的主要成因,其中四分之一日分潮和六分之一日分潮起着至关重要的作用。通过SCHISM模型构建大亚湾和大鹏湾附近海域高分辨率水动力模型,模拟结果表明近岸海域,在大亚湾以东,潮汐类型为不规则全日潮,以西为不规则半日潮,在两个海湾内均为不规则半日潮;研究海域的潮流均表现为不规则半日潮流。四分之一日分潮和六分之一日分潮在大亚湾和大鹏湾的不同变形过程是造成两个相邻海湾水文差异的直接原因。通过构建不同底摩擦强度、消除水底地形以及改变海湾水深的数值实验研究表明,分潮传播方向与水深变浅方向是否一致,是导致两个海湾潮波浅水变形不同的根本原因。