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1、浙江大学 硕士学位论文 琉球群岛附近海域声场分析 姓名：代民果 申请学位级别：硕士 专业：流体力学 指导教师：章本照;黄大吉 20040401 摘要 水体中各种能量辐射形式中，光波和电磁波的衰减都非常大，传播距离较短， 而以声波的传播性能为最好。目前水声技术已是丌发海洋和研究海洋广泛采用和 行之有效的手段，如水下通讯、声遥测遥控、数据图像传播，以及用声波遥测海 洋涡漩的运动和变化与全球海洋温度的监测等方面。而这些技术要求进一步研究 声波传播规律与海洋环境的定量关系。 论文主要作了以下工作。通过数据处理，得出了琉球群岛附近海域声速最小 值和及其出现深度的分布规律，研究了横跨和穿越宫古水道两个断面
2、上声场上述 特征的变化，探讨了温度分布和声速最小值的分布的关系；研究了单频声源所发 出声波在深海的能量传播途径和传播损失，得出不同频率和不同深度对于声传播 损失晌影响。 结果表明在陆架海域声速最小值分布主要受海水表面温度和底层温度控制， 其控制范围随季节变化，春、秋季声速最小值分布几乎完全受海水底层温度分稚 控制；在深海海域，声速最小值分布及其出现深度相对稳定；单频声源声传播损 失与声源的垂向位置和频率有关，频率和深度变化对声传播损失影响很大；表层 l O l l z 以上的声波难以在表层传播，且传播损失大。 论文的主要创新之处是用数据库资料对琉球群岛附近海域声速最小值及其 出现深度作了大面积
3、预估，避免了实测C T D 资料站位少、水平分辨率低、易受气 候等偶然性影响的不足之处：采用声速最小值分布来分析这一海域的声学性质， 丽没有采用传统的声速平面分布。并指出东海陆架浅海声速最小值分布主要与海 水表耐温度和底层温度分柿有关；用穿越和横跨宫古水道的两个声速断面揭示陆 坡上升流，并以此解释冲绳岛外侧声速最小值和声速最小值深度四季的剧烈变 化；刚时讨沦单频声源声线传播和频率、深度对声传播损失的影响。 A B S T R A C T T h es o u n d i n gv e o c i t yf i e l di ns e aa r e ab yt h eR y u k y ui S
4、s t u i d e d b ya c c e s s i n gG e n e r a l i z e dD i g i t a lE n v i r o n m e n t a lM o d e ld a t ab a s e T h e d i S t r i b u t i o nr u l e sa b o u tt h ed e p t hc o r r e s p o n d i n gt ot h em i n i m a ls o u n d v e l O C i t y v a lu ea r e a n a l y z e dp a r t i C U l a r l
5、Y P r o f i l ea l o n g t h eG u n t u A r c h i p e l a g oa n dp r o f i l ea c r o s sA m a m iA r c h i p e l a g oa r es t u d i e dt of in d O U tt h ea b o v e C h a r a c t e rv a r i a t i o n sint h e m T h e r ea r es e r i e so f c o n c l U S i o n s F ir s t ，t h e r ei Sas e aa r e a
6、a b o u tt h en o r t h0 fH a n g z h o ub a y c ( ) a s t w i s ea r e aw h e r et h em i n i m a lS O U n d i n gv e l o c i t Yv a l u ea i w a y Sa p p e a r o ns e as u r f a c ei nW i n t e r s p r i n ga n da u t u m na n dS t a b i l eS U E f a c es o u n d c h a n n e le x is t s A 1 0 n gt
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8、tf 1 0 WS t a n dO U ti nt h ee a s t e r n1 3 0k md o m a i no ft h eO k jn a w a w a i S l a n d s I tl e a dt ot h a tt h em i n i m a l s o u n d i n gs p e e dd e p t hv a l u e i n w in t e ra n ds u m m e ri S g r e a t e r4 0 0 m t h a nt h a ti n s p r i n ga n da u t u m n S o u n dS i g n
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10、 n gs p e e dv a l u e ：d e p t hc o r r e s p o n d in g t 0n l i n i m a lS O U n d s p e e dv a l M e ：d e e p w a t e r - s o u n dc h a n R e l ：S O U n d L r a n s i n is S i o n ：t r a n s n i is s i o n 】o s S 学号 独创性声明 Y 6 8 0 0 5 i 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究尉 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方
11、外，论文中不包含其他人已经发痞 或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江蠢堂或其他教育机构的学位或证书而信 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的U 明并表示谢意。 学位论文作者签名：钒趴妊签字同期：砂f 年月L 7 同 学位论文版权使用授权书 本学位沦文作者完全了堵翠逝姿态堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权B 留并向国家有芙部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人把 权盘垄盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用# 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位沦
12、文作者签名 代九k 导师签名 签字同期：广千年弓月2 7 同 签字日期 学位论文作者毕业后去向 r 作单化： 通讯地址： 电话 邮编 浙江大学顶士学位论文琉球群岛附近海域声场初步分析 第一章绪论 1 1 研究意义 从声波本身的物理性质来看，水中各种能量辐射形式中，以声波的传播性能 为最好，是目前唯一能够在海水介质中进行远距离传播的有效手段。而光波和电 磁波在含有盐、气泡和浮游生物的海水中，衰减都非常大，它们的传播距离较短， 远不能满足人类在海洋活动中的需要。因此，研究海洋中的声波特性具有极其重 要的意义。 从水声应用来看，到目前为止，在水下目标探测、通讯、导航等方面均以声 波作为水下唯有效的辐
13、射措施。二战后声纳技术的一个重要发展，是除军事的 用途之外，也广泛应用于声导航系统、探鱼、测深和海底地质剖面结构等方面。 目前水声技术已是丌发海洋合研究海洋广泛采用和行之有效的手段。如水下通 讯、声遥测遥控、数据图像传输、以及用声波遥测海洋涡漩的运动和变化与全球 海洋温度的监测等方面。水声研究具有极其重要的现实意义。 琉球群岛附近海域的声学研究有其海洋学意义。从海洋学来看，著名的太平 洋西边界流黑潮沿冲绳海槽北上，从琉球群岛的吐噶喇海峡和大隅海峡离，1 ： 东海返回太平洋，这个区域一直是海洋界研究的热点区域。 琉球群岛附近海域声学研究有军事国防意义。琉球群岛附近海域，地形复杂。 从东南陆架浅海
14、经冲绳海槽过渡到东部西北太平洋。同本九州至琉球、台湾一线 长约6 0 0 海罩的水域内，有众多的海峡、水道与太平洋沟通，是大连、青岛、厦 门、釜山、仁川、佐世保等港口东出太平洋的必经之路，也是太平洋东岸及大洋 洲备国出入东海和黄海的重要航道。其中最重要的是苏澳一与那国水道、宫古岛 一冲绳岛水道以及吐噶喇海峡和大隅海峡。尤其是大隅和宫古海峡，在军事方面 具有重要战略意义。大隅海峡东离横须贺海军基地约5 0 0 海里，北距佐世保军港 1 7 0 海里，是美国第七舰队的常用航道。宫古海峡靠近冲绳岛，是美国第七舰队 经常航行的海域。对于潜艇来说，需要事先知道当地海底的构造，了解是否有突 出物，另一是要
15、了解海水的温度赫度，以及海潮和海流等，以便让潜水艇躲城敌 疗声纳追踪。琉球群岛附近海域声学研究有军事国防意义 1 _ 2 研究背景 1 2 1 海洋声传播的简单历史回顾 浙江大学硕士学位论文琉球群岛附近海域声场初步分析 在水介质内关于声速的研究，可以龅是水声学最早的定量研究。1 8 2 7 年， C o l l a d o n 和S t u r m 在同内瓦湖测量了声波在水中的传播速度。许多年后。出于用 声发射方法测距和测深的需要，有人在海里较为精确地测量了声速值。1 9 2 3 年， S t e p h e n s o n 在长岛海峡测定了炸弹爆炸声在水下已知距离的两个水听器之间的 传播时间
16、。大约在同一时候，H e c k 和S e r V i c e 测量了声脉冲白海底反射回来的传 播时间E t ，并根据绳索测量所获得的深度，确定了声脉冲的传播速度。 一般地晚来，关于声传播的最初理论研究和实地观测是由德国科学家于第一 次世界大战期f N J 完成的。1 9 1 9 年发表了一篇题为海水等温层对水下声信号作 用距离的影响的论文，从当时的水下测量结果出发，导出了温度、盐度和压力 对声速的影响，并得到了当这些量存在梯度时的射线方程。这篇论文还论述到， ；E O H 人们所能预料到的那样，声波的传播距离夏季要比冬季短，这是因为夏季的 声线向下折射两冬季的声线向E 折射的缘故。 存第次t H ：界大战和第二次世界大战期间，交战双方热衷于硬件尤其是 回声测距的声发射器和接收器的研究。然而在使用中，人们发现声纳没备探测到 的距离变化很大，无论是在不同的海区测量，还是在同一海区、在一天内不同时 刻测量的结果均是如此。这种声纳作用距离的不稳定性与海水特性有关。后来人 们才发现从声速最低的地方发射的声波，由于上下层的声速不
