AEYFI 05浅海内波场导致的声场起伏规律研究

论文摘要

内波做为一种季节性的中尺度海洋现象,它的活动是引起声场起伏不确定性的主要因素之一。浅海内波环境中的声传输起伏研究是近年海洋声学的研究热点之一。本文研究包括三部分:（一）研究温度数据时空统计特性、内波模态和内波谱提取方法;（二）研究浅海随机内波导致的声简正波传播时间起伏规律及其与局部温度观测数据统计规律的对应关系;（三）研究一类弱非线性内波导致的声信号幅度起伏机理。在第一部分,处理分析“2005黄海水声传播—起伏（AEYFI 05）实验”中获得的温度数据,提出了一种内波模态提取的方法。常规方法需预先知道浮力频率曲线,借助数值计算得到内波简正模态,经正交分解获取模态系数;而本方法只基于实验数据可以同时提取内波模态函数及其模态系数。第二部分研究“2005黄海水声传播—起伏（AEYFI 05）实验”温度时空相关特性及声传播时间统计特性。结果表明:一号声简正波的传播时间起伏谱可以清楚反映M2潮变化,包含相干结构:并且与跃层附近温度时间序列的功率谱在高频区域（f＞30cpd）呈近似同样ω-α（α（?）1.7-1.8）的幂次衰减。应用简正波传播时间与声速起伏的对应微扰关系式,给出了上述对应关系的理论解释。最后在第三部分,研究一类非线性内波导致信号幅度起伏机理。实验数据处理发现:部分水听器在个别时段存在明显的“规则”强幅度起伏,这种起伏可解释为“上凸型”弱非线性内波恰好通过接受阵处引起的声场接收灵敏度起伏所导致。基于声简正波理论,给出了内波导致声场起伏特性的一般理论解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 内波简介
• 1.1.1 大洋线性内波
• 1.1.2 浅海内波
• 1.1.2.1 浅海线性内波
• 1.1.2.2 浅海弱非线性内波
• 1.1.3 内潮波
• 1.1.4 内波的观测技术
• 1.2 内波对声传播的影响
• 1.2.1 内波对声场起伏强度（传播损失、简正波系数）的影响
• 1.2.2 内波对声场相位和传播时间（脉冲到达时间、各阶简正波到达时间）的影响
• 1.2.3 内波对声场时间相关性的影响
• 1.2.4 内波对简正波声场本征值的影响
• 1.2.5 内波对声源定位的影响
• 1.2.6 内波对三维声场的影响
• 1.3 近10年来海洋学与声学同步进行的大型实验
• 1.4 本章小结
• 1.5 本文研究内容
• 1.6 论文组织结构
• 2 2005黄海水声传播—起伏实验简介
• 2.1 实验海区
• 2.2 实验过程
• 2.3 实验设备布设
• 2.4 实验数据采集
• 2.4.1 接收船CTD数据
• 2.4.2 接收船温度数据
• 2.5 声学数据处理
• 2.6 本章小结
• 3 温度统计特性及数据驱动内波模态提取方法
• 3.1 温度数据统计特性
• 3.2 温度数据的垂直相关
• 3.3 内波模态的数值计算
• 3.4 数据驱动内波模态提取与数值计算结果比较
• 3.5 数据驱动方法提取内波模态函数理论
• 3.6 本章小结
• 附录A Sturm-liouville方程数值求解内波模态计算步骤
• 4 声简正波传播时间起伏特性研究
• 4.1 等温线提取
• st号简正波传播时间起伏'>4.2 1^st号简正波传播时间起伏
• 4.3 声简正波传播时间与声速起伏规律对应
• 4.4 本章小结
• 5 非线性内波导致的宽带信号强度起伏
• 5.1 宽带信号强度“规则起伏”
• 5.2 弱非线性内波的KdV方程描述
• 5.3 信号强度起伏的理论解释
• 5.4 本章小结
• 6 全文工作总结与工作展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录一 内波与浅海声场基本理论
• A.1 声简正波理论
• A.2 线性内波基本理论
• A.2.1 内波基本方程
• A.2.2 内波引起的声速起伏
• 附录二 实验布设
• A2.1 温度链布放
• A2.2 温度测量及数据记录
• A2.3 信号发射接收装置组成与信号组成
• A2.4 声学测量记录与说明
• 致谢
• 个人简历
• 攻读博士期间发表的学术论文与研究成果