【正文】 氣體容量、冰的融化速度等等。 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 61 海水的特性 ? 環(huán)境噪聲 – 在北大西洋的一次實驗中，在 150200m距離上測量得到的一個高 25m、直徑 60m的孤立冰山在 10kHz時單位赫茲帶寬內(nèi)的噪聲級為 82dB。 – 在 550kHz范圍，噪聲級明顯升高，超過了 10m深度處背景噪聲級 1540dB。 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 62 海水的特性 ? 海洋的可變性及對聲波的影響 – 海面 ? 海面很少平靜，它最典型的特征就是其復(fù)雜的波浪運動。 ? 狂風引起的波浪極為不規(guī)則，具有隨機特性。實驗觀測得到的海面波浪的垂直位移 為水平矢徑和時間的函數(shù)。 ? 根據(jù)海上實驗觀測數(shù)據(jù)，空間某一點的 位移 的統(tǒng)計特性滿足 正太分布 ，但有點偏斜并且太尖 ，如下左圖： ),( tr?哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 63 邊界的特性 ? 海面 – 波浪斜率 的二維分布具有相似的特點，但是 偏離正太分布 更大，如下右圖。 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 64 邊界的特性 ? 海面 – 充分成長的 海面粗糙度譜 的參數(shù)只跟 風速 有關(guān) 。PiersonMoskovitz獲取的大量實驗資料的量綱分析得到了如下粗糙度譜： 風速為： ?—10m/s □ — —哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 65 邊界的特性 ? 海面的聲散射 – 當聲波入射到粗糙海面后將產(chǎn)生散射波 。 散射聲場有相干成分和非相干成分 。 – 相干成分是指沿著特定反射方向傳播的聲波 ， 可對散射聲場關(guān)于波浪位移函數(shù)的統(tǒng)計平均計算得到 。 – 相干成分的幅度與入射平面波的幅度之比稱為相干反射系數(shù) 。 如果海面是平滑的 ， 則聲波反射系數(shù)接近于 1，海面幾乎是全反射界面 。 – 相干參數(shù) ：相干聲場強度與總聲場強度 （ 相干＋非相干 ）之比 。 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 66 邊界的特性 ? 海面的聲散射 – 函數(shù) 與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。當 P1時，相干參數(shù)接近于零，此時散射聲場幾乎是不相干的。 相干參數(shù)與瑞利參數(shù)的關(guān)系曲線 2Pe?哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 67 邊界的特性 ? 海面的聲散射 (A)當掠射角 時，散射聲場 主要來自于粗糙海面上獨立的小平 面的 鏡反射 引起。 (B)在更小的掠射角下，聲波的 共振 散射 變得更重要。 (C)在 高頻 （ 1020kHz）和 小掠射角 下，散射強度與掠射角的關(guān)系不明顯 在此情況下，海面上 表層氣泡的散射 是主要貢獻。隨著聲波頻率的升高， 氣泡散射的相對貢獻也增加。 ?600 ??反向散射強度與掠射角的典型關(guān)系曲線 海面風浪充分成長，風速約為 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 68 邊界的特性 ? 海面的聲散射 (A)在 鏡反射方向上 散射聲場的頻譜是由相干聲場頻率為入射波頻率的 線譜 和非相干聲場的 連續(xù)譜 組成。連續(xù)譜就像兩只翅膀分布在線譜的左右兩側(cè)。 (B)實線 1和 2為 時散射聲場 頻譜的翅膀，虛線則是頻譜左側(cè) 翅膀，它關(guān)于縱軸對稱。實線 3則 是粗糙海面波浪譜。散射聲場的 連續(xù)譜與波浪譜是一致的。 入射波頻率分別為 110Hz和 312Hz時散射聲場的頻譜 海面風速約為 ，掠射角約為 30度 0ff ?哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 69 邊界的特性 ? 海底 – 如果海面僅僅是散射聲波的話，海底不僅散射聲波，而且還 吸收 一部分 聲能 。 – 投射到海底的一部分聲能將進入海底，當水下聲信道不存在時，這就是限制低頻聲波遠距離傳播的原因。 – 人們或多或少地完整研究了沉積層表層至十幾米深度的聲學參數(shù)。 – 基于不同區(qū)域深海沉積層大量樣本的分析，人們建立了海底主要參數(shù)之間的聯(lián)系。 – 沉積物聲速和密度以與海水聲速和密度比的形式給出 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 70 邊界的特性 ? 海底 不同海區(qū)的實驗表明，只有在 比較低頻率 情況下， 海底聲反射 才 由 沉積物參數(shù) 決定。在幾千赫茲以上，海底地貌發(fā)揮了重要作用 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 71 邊界的特性 ? 海底 – 海洋地質(zhì)學和地球物理學的研究對象。 – 研究內(nèi)容：海底的結(jié)構(gòu)、地形、沉積物。 – 沉積物厚度： 0—3500m – 大西洋沉積物平均厚度： 500—1000m – 大西洋海底按沉積物表層密度劃分三類區(qū)域 ? 十分靠近海岸的海區(qū)和淺海區(qū)， 陸源沉積物 ， ? 深海多山，強切割，丘陵地形， 石灰質(zhì)淤泥 ， ? 深海平原， 細粘土淤泥 ， 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 72 邊界的特性 ? 海底 – 沉積物是水和礦物顆粒組成的統(tǒng)計均勻的混合物 – 沉積物 聲速 與 孔隙率 有關(guān) – 孔隙率較大時 (60%)，聲速與孔隙率關(guān)系不大，比海水的聲速小百分之幾 – 孔隙率與密度有線性關(guān)系 )(61 ????v哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 73 邊界的特性 ? 海底 – 第一類區(qū)域： – 第二類區(qū)域： – 第三類區(qū)域： – 水飽和沉積物，聲吸收系數(shù)主要由平均顆粒粒度、粒度分布、聲波頻率決定 %60%29 ?? v%77%60 ?? v%89%77 ?? v哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 74 邊界的特性 ? 海底 – 根據(jù)海底地形將海區(qū)劃分為三類 ? 夷平海底區(qū) 深海平原和大陸架基底 ? 強切割地形區(qū) 水下山脈的山脊地區(qū) ? 緩切割地形區(qū) 深海丘陵和海洋臺地 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 75 邊界的特性 ? 海底 – 在各種地貌區(qū)，包括深海平原、深海盆地、深海丘陵、大洋隆起、水下脊峰，海底聲散射強度的頻率、角度關(guān)系都不相同。 – 當聲源或者水聽器或者兩者都在運動時，觀測到了海底散射信號的起伏。這種起伏的 譜相關(guān)分析 能夠獲得 海底地貌數(shù)據(jù) ，但依靠回聲測深儀是難以獲得該數(shù)據(jù)的。 5kHz聲波垂直入射時散射信號的包絡(luò) 聲源和水聽器的裝置漂流速度為 哈爾濱工程大學 碩士學位課程 水聲學原理 76 本章小結(jié) 海洋環(huán)境對聲傳播的影響 ? 海水中的聲速 ? 海水介質(zhì)的聲吸收衰減 ? 海洋的可變性 ? 海面的聲散射 ? 深水散射層的聲散射 ? 海底的聲散射和聲吸收衰減 ? 海洋環(huán)境噪聲