基于Argo资料的深海温跃层对水声传播的影响分析与仿真_孙磊1
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第 33 卷第 2 期 声 学 技 术 Vol.33, No.2
2014 年 04 月 Technical Acoustics Apr., 2014
基于 Argo 资料的深海温跃层对水声传播的
影响分析与仿真
孙 磊
1,2
，高 飞
2,3
，潘长明
2
，张 韧
3
，王本洪
2
(1. 哈尔滨工程大学水声工程学院，黑龙江哈尔滨 150001；2. 海军海洋测绘研究所，天津 300061；
3. 解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101)
摘要：利用 Argo 网格化数据分析日本以南小范围海区内的温跃层时空特征，其主跃层和季节性跃层的双跃层结构明
显。依此利用 UMPE(University of Miami Parabolic Equation)抛物方程模型分析与仿真深海温跃层及其季节变化对水声
场的影响。分析发现：相似系数为 1 的两个声速剖面的传播损失几乎完全相同；夏季声源较浅时，会在以声源为中
心小直径圆形区域内形成声影区；声源深度相对于跃层越大，跃层对水声场的影响越小；高频较低频受跃层影响更大。
关键词：UMPE 模型；温跃层；水声传播
中图分类号：P733.23 文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2014)-02-0113-06
DOI 编码：10.3969/j.issn1000-3630.2014.02.004
Analysis and simulation of acoustic propagation affected by
thermocline in deep water based on Argo data
SUN Lei
1,2
, GAO Fei
2,3
, PAN Chang-ming
2
, ZHANG Ren
3
, WANG Ben-hong
2
(1. College of Underwater Acoustic Engineering Harbin Engineering University, Harbin 150001, Heilongjiang, China;
2. Naval Institute of Hydrographic Surveying and Charting, Tianjin 300061, China;
3. College of Meteorology and Oceanography, PLA University of Science &Technology, Nanjing 211101, Jiangsu, China)
Abstract: Based on gridded Argo data, the distribution feature of thermocline in a small sea area to south of Japan is
analyzed, and the results of which show that the double thermocline structure of permanent and seasonal thermocline
are obvious. Then the UMPE acoustic model is used to analyze and simulate the impact of thermocline on acoustic
transmission loss. The results show that: two sound speed profiles with the same changing trends result in the same
transmission loss; when the source is put at the small depth in summer, the TL is great in the small circle area with the
source as the centre; when the depth of the source is greater, the impact of thermocline on acoustic propagation is
smaller; and the impact on high frequencies is greater than on low frequencies.
Key words: University of Miami Parabolic Equation(UMPE) model; thermocline; water acoustic propagation
0 引 言
声场的传播环境大体包括四种介质：大气层、
水层、沉积物层和岩石层。其中水声场受水层上下
边界的限制，声波在海表与海底之间反射和传播
[1]
。
海温结构对水声传播影响显著，而海温在铅直方向
的重要分布特征表现为温跃层。海洋温跃层是指水
温垂直梯度较大的水层，可分为主温跃层和季节性
温跃层。水声学在海洋工程、海洋科学和军事海洋
环境保障方面有着广泛的应用前景，因此开展海洋
收稿日期: 2013-08-15; 修订日期: 2013-11-13
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41276088)
作者简介: 孙磊(1981－), 男, 山东昌邑人, 博士研究生, 研究方向为海
洋环境噪声场反演。
通讯作者: 孙磊, E-mail: dugulengfeng@hrbeu.edu.cn
环境特别是温、盐跃层对深海声场分布和传播影响
的研究具有重要的科学意义和应用价值。
声波在深海和浅海中传播时性质明显不同，跃
层的作用各异。目前已经有不少关于浅海声速跃层
对声场影响的研究
[2-4]
。而深海研究(王彦磊等
[5]
，庄
益夫等
[6]
，Bruce et al
[7]
)受实测数据的限制，多集中
于模拟仿真，且没有详细区分温度大小与温度变化
趋势对声场影响的差异。
本文基于 Argo 实测数据，分析日本以南小范
围海区的温跃层时空特征。这一海区主跃层稳居大
洋深处，上界深度在 350~375 m 间，厚度一般为
200~250 m；季节性跃层春季开始产生并上升至海
表，夏季强度达到最大。并利用目前甚少被国内学
者使用的 UMPE 模型
[8]
仿真冬、夏季不同跃层海洋
环境，研究温跃层对水声场传播损失的影响，对水
下探测和航行器的隐身具有重要的意义。
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