基于时域自适应搜索法的典型海温垂直结构声特征提取研究

针对层剥算法从海水声回波记录中反演海温垂直结构特征的不稳定问题,利用自适应搜索算法ASM(Adaptive searching method),从声回波记录中提取海温垂直结构的稳定冲激响应,然后利用层剥算法对所得冲激响应进行反演,得到海温垂直结构的声特征,结果表明,该方法可以较好地解决层剥算法反演的不稳定性问题。     

由垂直入射脉冲和海底回波反演海底声参数

浅海海底声参数是影响声场传播的重要参量。文中根据信号的相位特性对反演稳定性的影响进行了数值模拟;并于2002年8月在黄海海区进行了海底声参数反演实验。利用垂直入射脉冲和海底回波数据进行海底声参数反演,由于海底回波信号随穿透深度增加而导致回波信号的信噪比降低,为了有效地增加海底声阻抗反演深度,提出平滑分段抽取冲激响应,重建声阻抗剖面的方法。结合Hamilton经验公式,分离海底声速、密度,反演结果与海底采样样本分析值、经验值吻合较好。     

我国周边海域典型海洋锋特征建模研究

基于海洋锋空间位置、水平分布结构和垂直扩展特征等时空特征参数,结合海洋锋空间结构几何模型,建立了区域海洋锋温盐三维结构快速重构特征模型,对黄海西部沿岸锋和东海黑潮中段锋锋区温度场进行了仿真计算,并与实测数据进行了比较分析,实验结果表明：仿真结果与实测数据符合较好,实验结果验证了特征模型的有效性和可推广性。海洋锋区声速具有明显的水平梯度变化,对声纳的水下探测和反探测产生显著影响,因此,需要建立实时估计获取锋区水下温、盐结构的方法。海洋锋特征模型能够快速有效地重构海洋锋区温度场,为实时获取海洋锋水下结构特征提供了方法。     

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.     

基于CTD数据的东海黑潮锋特征研究

基于东海PN断面多年CTD实测资料,主要从PN断面上的温盐结构和声场结构两个方面进行研究,统计分析PN断面上东海黑潮边界锋的水文要素特征。文章利用Matlab软件对资料中所涉及的温盐数据绘制等值线图,描绘出PN断面上关于测站位置、温盐分布特点,利用Mackenzie公式计算声速分布及其变化,从而构成温、盐、声三种要素的断面分布图。此外还进一步分析了PN断面温盐断面结构,得到黑潮锋的分布与强度特征。并对黑潮锋的季节变化规律进行分析,得出夏秋季节黑潮在PN断面上的海洋锋强度相对于冬春季节要大、冬季最弱等结论。     

温度或盐度对水下量子密钥分配影响的研究

水下量子密钥分配对保障水下通信安全具有十分重要的意义。本文研究不同温度或盐度的海水对光传输以及水下量子密钥分配的影响。本文在有限的范围内改变水槽中水的温度或盐度,在温盐均匀和有温盐差的海水信道中对出射光进行偏振测试,并进行了基于偏振编码的BB84协议水下量子密钥分配实验研究。研究表明:偏振光经过温盐均匀或有温盐差的模拟海水后其偏振态几乎不发生变化;在温盐均匀的海水中,温度或盐度的变化几乎不改变误码率,但在温盐不均匀的海水中,误码率随温盐差的增大呈增加趋势。     

高分辨率全极化SAR水上桥梁参数反演

高分辨率SAR中,桥梁的各次反射回波表现为条带状,这给桥梁参数的反演带来了困难。本文提出了一种适用于高分辨率全极化SAR的水上桥梁参数反演方法。首先,通过极化散射特征区分出桥梁的单次、二次和三次反射回波目标。然后,结合微波反射和折射的原理,分析了高分辨SAR图像中桥梁的各次反射回波成条带状的原因,在此基础上提出了各次回波目标的提取方法和桥梁参数反演方法。最后,利用获取的AIRSAR数据反演了桥梁的上下桥高、桥厚、桥宽、桥长及桥塔高度等参数,通过与实测数据对比,结果表明,本文的方法能较准确地反演桥梁的各项参数,其中桥高误差仅为1.3%,结果也表明了在高分辨率条件下,C和L波段的桥梁参数反演能力相当。     

三门湾春季温排水增温效应数值模拟研究

采用ECOMSED模式和2012年5月份现场温盐、潮流以及气象观测资料,对三门湾核电站冷却水排放所致海水增温效应进行了数值模拟研究。结果表明,在近期工程建成后,三门湾海水增温范围主要出现在排水口附近,表层增温幅度最大,底层增温幅度最小,在月度时间内,表底层增温范围有大、小极值变化。在全部工程完成后,温排水量大幅提高,三门湾表层海水增温1℃的范围将稳定影响较大面积,4℃增温范围较小。在月度时间内,表底层增温范围大、小极值变化幅度也将增大。     

利用海洋温度剖面与海表盐度反演盐度剖面方法研究

为解决海洋中大量观测数据只含有温度剖面而缺乏盐度观测的问题, 基于历史观测的温盐剖面资料, 考虑到盐度卫星数据的发展, 采用回归分析方法, 在孟加拉湾建立了盐度与温度、经纬度、表层盐度的关系, 并对不同反演方法的反演结果进行检验评估。结果发现, 在不引入海表盐度(sea surface salinity, SSS)时, 最佳反演模型是温度、温度的二次项与经纬度确定的回归模型, 而SSS的引入则可以进一步优化反演结果。将反演结果与观测结果进行对比, 显示用反演的盐度剖面计算的比容海面高度误差超过2cm, 而引入SSS后的误差低于1.5cm。SSS的引入能够较为真实地反映海洋盐度场的垂直结构和内部变化特征, 既能够捕捉到对上混合层有重要影响的SSS信号, 又能够反映盐度在跃层上的季节内变化以及盐度障碍层的季节变化。水团分析显示, 与气候态相比, 盐度反演结果可以更好地表征海洋上层水团的变化特征。     

1998年2—3月台湾海峡中,北部温,盐周日变化过程的分析

本文分别位于台湾海峡中部和北部两个连续观测站１９９８年２－３月的ＣＴＤ资料进行分析,认为北部测站在观测期间经历了低温,低盐水入侵的过程,但此过程只显著影响到３０ｍ层,温盐垂直结构有时出现单跃层,有时出现阶梯结构;而中部测站盐度垂直均匀,温度垂直梯度也较小,已不受闽浙沿岸水的影响。     

Kirchhoff向下延拓法在海洋合成多道地震走时反演中的应用*

海洋多道地震数据建模和成像是获取洋壳速度和构造信息的重要手段。海水层的存在使得多道地震拖缆接收到的折射波走时信息仅仅存在于较远的炮检距, 近炮检距被强振幅海底反射波覆盖, 制约了走时数据拾取和反演效果。本文基于波动方程的Kirchhoff积分法, 成功实现了多道地震数据向下延拓, 获取到了更大炮检距区间的初至折射波走时拾取, 并将其应用于洋中脊新生洋壳2A/2B层的合成多道地震数据走时反演。比较向下延拓前后的走时拾取范围及走时反演结果表明, 向下延拓法能够保持地震波场的运动学和动力学特征不变, 在共炮集数据的更大炮检距范围内进行初至折射走时拾取, 从而增加反演的数据选择和浅层射线覆盖, 反演结果能更加准确地分辨出洋壳2A/2B层界面, 并得到更高的分辨率和更准确的速度结构剖面。     

海底承压含水层排泄电阻率法探测效果模拟与分析

海底承压含水层排泄是海底地下水排泄的一种主要形式。由于这一过程发生在海水层下部,探测难度较大。为探讨海洋多电极电阻率法对该过程的探测能力,根据典型海底承压含水层地质模型构建不同排泄阶段地电模型,模拟海面和海床面两种探测情形分别进行多电极电阻率法理论探测结果计算和物理模拟,并对所得电阻率剖面进行对比分析。研究结果表明,水面多电极电阻率探测剖面能够清晰刻画出排泄入海的淡水体在海水中迁移、混合过程,但剖面异常特征和分辨率受探测装置形式、电极极距、海水深度影响;海床面探测则对沉积层中咸淡水交换过程反映能力更强,沉积层中的锲形海水侵入体可得到良好反映。     

基于二次多项式拟合的超短基线声线修正方法

超短基线定位解算中的距离观测值是指换能器与水下应答器之间的直线距离,而海水声速的不均匀分布导致声波在海水中的实际传播路径为连续弯曲的曲线,需要结合实测声速剖面进行声线修正。根据声速在分层介质中的传播特性,本文提出了一种基于二次多项式拟合的声线跟踪算法,采用线性插值方法对声速剖面数据进行合理加密并按等深度进行分层,设定每层声速梯度是不断变化的,用二次多项式拟合声速,基于运动学原理建立了完整的数学解算模型。仿真结果表明,该方法修正后的水下目标分布具有明显的收敛性,且优于等梯度声线跟踪算法和等效声速剖面法,显著提高了超短基线水声定位系统的定位精度。     

研究海水温盐结构的反射地震方法

在物理海洋学的研究中,利用CTD(Conductivity, Temperature and Depth sensors)测量方法研究海水温盐结构存在着获取数据时间长、数据横向精度低的缺点,而利用反射地震记录可以获得剖面上连续的水体温盐结构,弥补了传统方法的不足.反射地震方法研究海水温盐结构是个新的交叉学科方法,称为"地震海洋学".由于海水水体的物性变化比地层物性变化小得多,造成海水水体的反射地震资料信噪比很低,各类干扰强烈,因而海水水体的反射地震资料处理也和常规地震资料处理方法有所不同.它处理的重点是振幅补偿,叠前去噪以及叠后处理.笔者通过对"十五"973项目在南海东北部采集的一条高分辨率多道反射地震测线的海水水体部分的地震数据进行处理,压制了强线性干扰波,获得了水体反射图像.地震叠加速度分析获取的3个CDP (Common Depth Point)的垂向速度从1540 m·s-1单调减小到1478 m·s-1,与CTD测量得到的速度变化趋势一致.     

海底沉积物的基本地声结构与地声模型

为准确建立海底地声模型,本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量,分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系,得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构;对比钻探测量,分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系,得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明,地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合,通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较,可以建立各种海底地声模型;基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型,但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等,借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。     

黄海水温垂直剖面的遥感反演与数值预报模型

基于黄海水温垂直剖面分层结构统计分析,建立了一个卫星遥感SST反演水温垂直剖面的参数化模式,以该模式反演数据作为一维数值预报模式的初值,同时用大气预报场资料作为预报模式的过程资料,发展了一个以卫星遥感资料作为主要输入量的黄海水温垂直剖面的数值预报模型.模型实现了利用卫星遥感资料反演预报黄海水温垂直剖面的目的,5 d时效的预报效果明显优于已往强温跃层数值预报模式.     

Hydraulic Regimes of Flow over Mountains during Severe Downslope Windstorms: Novorossiysk Bora,Novaya Zemlya Bora,and Pevek Yuzhak

Common features of the flow behavior over mountains within the hydraulic jump model are identified based on an analysis of 36 episodes of severe winds in the regions of Novorossiysk, Pevek, and Novaya Zemlya. In all these episodes, the incoming flow is characterized by a strong inversion layer at altitudes of 0.5–1.5 km and, in the case of bora, by a critical level in the wind profile in the middle troposphere, which creates conditions for a weakened dynamic interaction between the low-level air flowing over mountains and the upper layers of the atmosphere. The wind-speed increase on the lee slope is caused by the transition of the incoming flow from the subcritical to supercritical state. In this case, the velocity amplitude increases with increasing inversion intensity. Model estimates of wind-speed increase are in good agreement with observations at lee-side weather stations for episodes with a strong elevated inversion.     

内波对多波束测深影响仿真研究

为了研究内波对多波束测深的影响,通过对内波建模,分别对四个区间的声线跟踪情况进行了研究分析。在此基础上,推导了针对曲线型梯度结构的声线跟踪模型,并根据该模型进行了仿真分析。仿真简单模拟了采用常梯度声线跟踪模型对曲线型梯度结构声速剖面进行声速改正的声线跟踪过程。采用仿真数据绘制了声线跟踪前后的声线示意图,并对归算前后的波束脚印位置进行了比较分析。仿真结果说明内波会给多波束的边缘波束带来大量尖峰状的浅点,而这些浅点难以用传统的声速改正模型消除。推导的针对曲线型梯度结构的声线跟踪模型可为内波的进一步研究提供理论依据,最后对未来的研究进行了展望。     

On freshwater-dependent bifurcations in box models of the interhemispheric thermohaline circulation

Conceptual box models of the interhemispheric thermohaline circulation are studied with respect to bifurcations. Freshwater fluxes are the main control parameters of the system: they determine the stable states and transitions between stable states of the large-scale thermohaline circulation. In this study of interhemispheric box models both numerical and analytical methods are used to investigate transition mechanisms of the thermohaline circulation. The box model examined first is an interhemispheric four-box model. It is shown that the two bifurcations where the present THC can become unstable, the saddle-node and the Hopf bifurcation, depend in a different way on hemispheric freshwater fluxes. A reduction of the model variables leads to the conclusion that two fixed freshwater fluxes between three surface boxes are the model feature responsible for the bifurcation behaviour found. The significance of the Hopf bifurcation for the stability of the thermohaline circulation is discussed.