水声学原理第三章1综述

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乌德公式
c 1450 4.21T 0.037T 2 1.14S 35 0.175P
式中，压力P单位是大气压
1atm 1.013 10 N / m
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声速分布分类
右图为表面声道声速分布， 特点： •在某一深度处有一声 速极大值。 形成原因： •在秋冬季节，水面温 度较低，加上风浪搅拌， 海表面层温度均匀分布， 第二类 在层内形成正声速梯度 表面声道声速分布 分布
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温度的季节变化、日变化和纬度变化
季节变化 近百慕大海区温度随月份的变化情况
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温度日变化和纬度变化
说明：温度的季节变化和日变化主要发生在海洋上层
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声速测量



声速剖面仪SVP—— Sound Velocity Profile 温盐深测量仪CTD— Conductivity, Temperature, Depth 抛弃式温度测量仪 XBT —— eXpendable BathyThermograph
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第三章 海洋的声学特性
第五讲 海洋声学参数及传播损失
第二章知识要点

介质的特性阻抗与声阻抗率

平面波 球面波 柱面波



发生全透射的条件、特点 发生全反射的条件、特点 发生全内反射的条件、特点 等间距均匀点源离散直线阵的方向性函数
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2006年海上实验
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海洋中的声速变化

海洋中声速的垂直分层性质
c x , y , z c z

声速梯度
dc gc aT gT aS g S aP g P dz
1. 温度变化1度，声速变化约4m/s
2. 盐度变化1‰ ，声速变化约1m/s
3. 压力变化1个大气压，声速变化约0.2m/s



主瓣、栅瓣、旁瓣的位置 主极大、副极大、次极大、零点的位置 方向锐角或波束宽度、-3dB波束宽度 波束宽度与基阵孔径、声波频率的关系

可逆换能器阵的发射方向性与接收方向性关系
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本讲主要内容



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浅海温度剖面
浅海温度剖面分布具有明显的季节特征：
•冬季，大多属于等温层的声速剖面； •夏季为负跃变层声速梯度剖面。
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海水温度的起伏变化
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海中声速的基本结构
Caution： 在主跃变层 和深海等温 层之间，有 一声速极小 值—声道轴
典型深海声速剖面
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温度垂直分布的“三层结构”： 表面层（表面等温层或混合层）：海洋表面受 到阳光照射，水温较高，但又受到风雨搅拌作 用。 季节跃变层：在表面层之下，特征是负温度梯 度或声速梯度，此梯度随季节而异。夏、秋季 节，跃变层明显；冬、春（北冰洋）季节，跃 变层与表面层合并在一起。 主跃变层：温度随深度巨变的层，特征是负的 温度梯度或声速梯度，季节对它的影响微弱。 深海等温层：在深海内部，水温比较低而且稳 定，特征是正声速梯度。
声速经验公式（了解） 海洋中声速的变化（重点） 传播衰减概述（重点） 纯水和海水的超吸收（重点） 非均匀液体中的声衰减（了解）
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1．海水中的声速


声速(Sound Speed)：海洋中重要的声学参数， 也是海洋中声传播的最基本物理参数 流体介质中，声波为弹性纵波，声速为：
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College of Underwater Acoustic Engineering 2001年中美联合亚洲海水声实验
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2002年海上实验
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c

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s
式中，密度 和绝热压缩系数 s 都是温度T、 盐度S和静压力P的函数，因此，声速也是 Temperature、Salinity、Pressure的函数。
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声速经验公式 海洋中的声速c（m/s）随温度T（℃）、 盐度S（‰）、压力P（kg/cm2）的增大 而增大。 经验公式是许多海上测量实验总结得到的。 Caution： 单位 海水中盐度变化不大，典型值35‰； 经常用深度替代静压力，每下降10m水深 近似增加1个大气压的压力。
温度起伏的原因多种多样： 湍流 海面波浪 涡旋 内波等因素 ——声传播起伏的原因之一

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声速分布分类（分成四类 ）
右图为深海声道典型声 速分布，特点： •在某一深度处有一 声速最小值。 •两图不同之处： •图（a）表面声速小 第一类 深海声道声速分布 于海底声速； •图（b）表面声速大 于海底声速。