极地深海冰盖条件下声传播数值试验

研究极地深海声传播特征具有重要的经济、军事价值,战略意义重大。基于KRAKENC分层弹性介质简振波模型对极地深海冰盖条件下的声传播特征进行数值模拟,得出极地海域向上折射环境和较小深度声源,是形成声道现象必要条件;冰盖的散射作用导致声传播衰减强烈,且深度越大的水层受冰盖影响越小,受海底边界影响越大;声源深度越小,受冰盖影响越大。     

南海涡动能比季节变化特征及机理分析

基于1993-2012年Aviso海面高度异常资料识别中尺度涡,计算南海海域涡动能比,并结合涡旋移动轨迹对气旋涡、反气旋涡的时空分布特征进行分析。结果表明,涡动能比能直观刻画区域涡旋活跃程度,结合涡旋移动轨迹后能有效反映涡旋演变过程。冬季季风期,南海中尺度涡最为活跃,反气旋涡、气旋涡交错分布在南海东部。台湾岛西南反气旋涡大多向西北方向移动,少数在气旋涡作用下向西南方向移动。越南东部涡旋呈偶极子分布,夏秋季北部是气旋涡,南部是反气旋涡,冬季北部是反气旋涡,南部是气旋涡。     

基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法

中尺度涡信息的提取包括涡旋的识别和轨迹追踪,其自动识别与追踪对于基于海量数据的中尺度涡分析十分重要。传统涡旋轨迹自动追踪方法一般需要预先设定搜索半径的阈值,存在一定的主观性。针对传统中尺度涡轨迹追踪方法存在的问题,论文从聚类的角度出发,提出基于密度峰值聚类算法实现对涡旋轨迹的自动追踪,并以南海中尺度涡追踪为例,将基于聚类的追踪算法与传统的相似度追踪算法进行比较分析。结果表明:（1）基于密度峰值聚类算法,可实现对海洋中尺度涡的自动追踪,该算法涡旋追踪准确率优于传统相似度算法;（2）该涡旋追踪算法对资料的完整性依赖度较低,特别是对于存在部分缺损数据的情况仍能较准确追踪;（3）该追踪算法克服了传统涡旋追踪算法需要预先设定搜索半径阈值的问题,自适应性更强。     

太平洋不同海水层结条件下的内波波致声场起伏研究

基于Argo资料对太平洋海域海水层结进行分类区划,利用内波动力学方法对内波致声起伏进行数值求解,对不同层结状况下的内波致声起伏进行模拟试验。结果表明:垂直方向海水层结的不均匀和跃层的存在,使海洋内波斜压模态受到了歪曲变形。层结峰的个数和深度与声速起伏存在很好的对应关系。有内波的声传播特征总体上与没有内波时的相似。不同层结情况下,声场对内波扰动的响应不一致。     

INTERPOLATION TECHNIQUE FOR SPARSE DATA BASED ON INFORMATION DIFFUSION PRINCIPLE-ELLIPSE MODEL

Addressing the difficulties of scattered and sparse observational data in ocean science,a new interpolation technique based on information diffusion is proposed in this paper.Based on a fuzzy mapping idea,sparse data samples are diffused and mapped into corresponding fuzzy sets in the form of probability in an interpolation ellipse model.To avoid the shortcoming of normal diffusion function on the asymmetric structure,a kind of asymmetric information diffusion function is developed and a corresponding algorithm-ellipse model for diffusion of asymmetric information is established.Through interpolation experiments and contrast analysis of the sea surface temperature data with ARGO data,the rationality and validity of the ellipse model are assessed.     

吕宋海峡海面涡度场与地转流场的特征分类

基于AVISO卫星高度计数据计算得到的地转流场,利用SOM神经网络对吕宋海峡海面涡度场与地转流场进行特征分析,研究吕宋海峡上层流场的变化特征。结果表明:在SOM 2×2的网络结构实验中,4个分类结果的空间形态类似于气候态的季节分布形式,其中冬季型可以由11月延续至次年3月,夏季型在5月至9月都会存在。时间序列显示分类结果存在年际变化信号,其中在ENSO较强的年份,季节变化信号明显。SOM 3×4网络结构的结果显示,12个分类结果可以分为4类,即冬季型、春季型、夏季型、秋季型。每种类型内的分类图形形态存在差别;在时间上,分类图形存在连续性,并集中出现在某个月份。时间序列显示季节变化信号与年际变化信号同时存在。     

海洋中尺度涡建模及其在水声传播影响研究中的应用

针对海洋中尺度涡对水声传播的影响,利用中尺度涡区的历史水文实测数据提取涡旋强度,空间尺度等中尺度涡特征参数,建立了海洋中尺度涡理论计算模型。运用MMPE水下声场模型仿真试验研究了涡旋性质、强度和位置、声源频率和置放深度对声传播特性的影响。结果表明:暖涡使得会聚区的位置后退,会聚区宽度增加;冷涡使得会聚区的位置前移,会聚区宽度减小。涡旋的强度越大,前移或后退的效应越显著。     

Kraken海洋声学模型及其声传播与衰减的数值试验

针对射线、简正波、PE、FFP等传播模型的算法原理及其适用的海洋环境,建立了以Kraken声学模型计算软件为基础的海洋声场数值预报系统.应用该预报系统对4组典型的海洋声场进行了数值试验,结果表明:在相同的海面和海底边界条件下,声场分布是由声速剖面和声源位置决定的.在负梯度声场中,所有声线都折向海底,在极限声线外产生阴影区.声源位于声道轴附近的温跃层中会产生波导传播.用射线理论解释了上述现象的成因,指出了其实际应用价值.     

西太平洋海域的水声环境特征区划研究

利用WOA05世界大洋数据集1°分辨率、标准分层的气候态平均温、盐场资料,提取一组表征西太平洋海域水声场环境的特征指标.针对海洋水团在温、盐、声等属性特征空间分布的几何结构大多为椭球状的特点,借助一组聚类结果评估甬数确定最佳分类区划数目,运用Gustafson-Kessel聚类算法对西太平洋海域水下环境进行分类区划,以便对该海域的声场背景分析和声纳探测提供参考.     

基于遗传聚类算法的印度洋环境特征区划

利用全球海洋 Agro 观测计划提供的温、盐浮标资料,开展了印度洋海域水下环境特征提取与区划分析.在垂直方向运用Akima 方法对浮标剖面进行插值,提取一组表征跃层、声速场的特征指标,并针对常规模糊 C 均值聚类算法中初始聚类数难以客观选取和聚类结果易陷入局部最优等问题,利用遗传算法的全局搜索能力对聚类算法作了改进.通过在遗传进化过程中引入动态变化的聚类中心解决了聚类数难以客观确定的问题,并在该算法的生存策略中引入 Boltzmann 选择机制,提高算法的收敛速度.在对印度洋海域温、盐跃层、声速分布及层结稳定度分析的基础上,利用改进的遗传聚类方法对印度洋海域水下环境特征进行聚类区划,得到一个基本的特征分类构型,结合各类构型的典型特征,分析了对水下潜器活动、声纳探测和水声通信等的影响.