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海洋中的声音生态学一、引言在海洋中，声音是一种重要的信息传递媒介。
海洋中存在着各种声音，例如海浪声、海洋生物的声音等。
这些声音不仅仅是美丽的自然景观，更是海洋生态系统的一部分。
本文将对海洋中的声音生态学进行探讨和阐述。
二、海洋中的声音1.海洋中的自然声音海洋中存在着一系列自然声音，如海浪声、潮汐声、海洋风声等。
这些声音源自于海洋的各种物理过程，例如风力作用、海水流动等。
这些自然声音不仅仅是海洋中的一种美丽景观，更承载着海洋生态系统的一系列信息。
2.海洋中的生物声音海洋中生物的声音也是海洋中声音生态学的重要组成部分。
很多海洋生物会通过声音来进行交流、求偶、寻找食物等行为。
例如，鲸鱼的歌声、鱼群的集体鸣叫、虾类的吱吱声等。
这些声音不仅给我们带来了海洋世界的美妙，更为科学家研究海洋生物行为提供了重要数据。
三、海洋中声音的影响1.生态系统影响海洋中声音的存在对于海洋生态系统具有重要影响。
例如，一些海洋生物依赖声音进行定位和导航，破坏声音环境可能会对其生存产生不利影响。
另外，某些鱼类在繁殖季节会发出特定的声音来吸引异性，如果声音被外界干扰，可能会影响繁殖成功率。
2.生物多样性影响声音是海洋中生物多样性的重要组成部分。
许多海洋物种具有独特的声音特征，通过声音可以辨别物种。
而当环境中的声音发生改变时，可能会导致物种的迁徙或消失，从而对生物多样性产生影响。
3.人类活动影响近年来，人类活动的加剧对海洋中声音生态学产生了一定的影响。
例如，船只的噪声、海洋工程的振动等都会对海洋中的声音环境产生破坏。
这可能对海洋生物的生存和繁殖产生负面影响，进一步影响整个海洋生态系统的稳定性。
四、保护海洋声音生态学保护海洋中的声音生态学对于维护海洋生态系统的健康至关重要。
以下是几点建议：1.加强监测研究：加强对海洋中声音环境的监测和研究，了解声音对于海洋生物和生态系统的重要性，推动相关保护措施的制定和执行。
2.限制人类活动：减少船只的噪声、海洋工程的振动等对海洋中声音环境产生干扰的人类活动，降低对海洋生物的影响。
《水声学习题集参考答案》水声工程学院水声学课程组编哈尔滨工程大学目录绪论 (1)第1章声学基础 (2)第2章海洋声学特性 (2)第3章海洋中的声传播理论 (3)第4章典型传播条件下的声场 (6)第5章声波在目标上的反射和散射 (10)第6章海洋中的混响 (14)第7章水下噪声 (17)第8章声传播起伏 (20)第9章声纳方程的应用 (20)绪 论1 略2 略3 略4 略5 环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化的曲线，如下图，然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，如下图，r R <r n ，所以混响是主要干扰。
声信号级噪声掩蔽级R6 工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为1000Hz ，且探测沉底目标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工作频率为1000Hz ，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。
7 已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB ，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。
（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域） 解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。
在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距离的42倍，即R R 412 。
第1章声学基础1什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。
解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。
发生全反射时，反射系数是复数，其模等于1，虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切，即全反射时，会产生相位跳变。
第2章 海洋的声学特性第二讲 海底和海面的声学特性2.3 海底海底结构、地形和沉积层是影响声波传播的重要因素，它对声波的吸收、散射和反射等声学特性，关系到水声设备作用距离底远近。
实验研究表明，海底声波反射系数与海底地形有明显的依赖关系。
对于高于几千赫频率的声波，海底粗糙度是影响声波反射的主要作用。
右图给出不同频率，深海平原的反向散射强度与入射角的关系。
反向散射强度s m ：单位界面上单位立体角中所散射出去的功率与入射波强度之比。
注意：朝声源方向上的声散射。
规律：✧在小入射角θ时，散射强度随θ的减小而增加。
✧在入射角 5>θ时，散射强度s m lg 10近似与θ2cos 成正比。
✧在小入射角时，散射强度一般与频率无关；✧在大入射角时，散射强度可能与频率的四次方乘正比。
右图为非常粗糙海底上的反向散射强度与入射角的关系：✧反向散射强度基本上与入射角和频率无关。
1、海底沉积层海底沉积层：覆盖海底之上的一层非凝固态（处于液态和固态之间）的物质。
下面介绍海底沉积层的物理性质：沉积物密度（质饱和容积密度）等于：()sw n n ρρρ-+=1式中，孔隙度n 是指沉积物体积中含有水分体积的百分数；w ρ为孔隙水密度，也可认为与海底的海水密度相等，取3/024.1cm g w =ρ；s ρ为无机物固体密度。
孔隙度n 大小有许多因素决定，如无机物的大小、形状和分布，矿物成分，沉积物构造和固体颗粒的紧密程度等。
常识：深海平原和丘陵，粉砂粘土是主要沉积物类型，深海平原3/333.1cm g ≈ρ，深海丘陵3/344.1cm g ≈ρ。
沉积层中有压缩波速度（声速）c 和切变波速度s c 两种：ρG E c 34+= ρG c s =式中，E 和G 为沉积层的弹性模量和刚性（切变）模量。
孔隙度是可以测量和计算的量，因此可以预报声速值。
ρ与n 呈线性关系，因此声速和ρ之间关系与声速和n 之间关系相同。
Hamilton 给出三种不同类型沉积物的声速、密度和孔隙度的实验值。
海水中的声速海水中的声速是海洋环境重要的声学参数之一，也是水声物理实验研究中必须测量的环境参数。
它随时间和空间而变化，对声波的传播有重要影响。
该案例给出了水声物理实验研究中海水中声速获取的常用设备及测量结果，用实验数据证明了声速分布的不同结构及时变空变特性。
目前常用的测量设备有CTD（电导率-温度-深度仪）、SVP（声速剖面仪）、XBT（消耗式温深传感器）、温度链（温度传感器阵）四类。
其中CTD和SVP需要人工改变设备的深度以测量不同深度的声速，所以测量速度缓慢，不能同时刻长时间进行海水中声速剖面的观测；XBT可以测量获得海水温度剖面，但获得的温度也不是同时刻海水的温度，且该传感器是一次性的；为了同时刻长时间对海水介质的声速剖面进行测量，为海洋内波的研究提供环境参数，实验中将采用高精度温度传感器组成的垂直阵进行测量。
图1给出了几种仪器设备的实物图。
图1 左：CTD 中：SVP 右：XBT图2给出了CTD实验吊放方法及海上实验中声速剖面的测量结果。
不同地理位置的声速不一致性表明了声速的空间变化特性。
图3给出了同一地理位置海水温度剖面随时间的变化。
根据温度剖面数据和乌德公式计算得到声速剖面。
计算过程中盐度选取35‰。
跃变层附近声速的随机起伏特性表明了声速的时间变化特性。
图中声速剖面曲线与温度剖面曲线结构的相似性表明了海水介质的声速主要由温度控制。
图2 左： 201验海域，声速0.0175s 乌德公式如下式所示：CTD 吊放方法右：不同地理位置的声速剖面图3 海上实验温度链测量数据1年，海上实验测量的声速剖面如图4所示。
实验之前台风刚刚经过实海水受到风浪的充分搅拌，形成了等温层，因此在压力的作用下，随着深度线性缓慢增大。
对实验测量的声速数据进行拟合，得到声速梯度为-1，该梯度与乌德公式中声速随着压力的变化梯度完全吻合。
()P S T T c 175.03514.1037.021.414502+−+−+=图4 浅海混合层声道声速分布。
