南海特殊海洋环境条件下的次表层声道研究 引言海洋声速垂直结构对声传播具有重要影响，其决定着水下声传播的特征在声速结构的影响因素中，水温又占据着最主要的作用声速受到温度、盐度及深度的影响当温度变化1℃时，声速的变化是5m/s、深度变化100m时，声速的变化是1.75m/s、盐度变化1时，声速的变化是1.14m/s[1]能够有效的掌握水温的分布特征，对于海洋声传播的研究和应用有着积极的重要意义一、海面表层水文要素突变现象图1为南海东北部某航次的CTD测站分布图，按测量时间顺序，西北到东南向分布为6号到1号测站水深分别为40m、36m、1942m、2801m、3148m、3399m图1：南海东北部某航次的CTD测站分布图该航次的各站点为连续观测站点，观测时间均为24小时图2为50m以浅6号到1号站各测站典型温度、盐度和声速剖面图从图中可以看出，前两个测站即6号和5号站，由于处于东北季风区，且所处的水深较浅，仅为40m左右，所以整个剖面混合的比较好，温度从海面到海底基本上处于同一温度，声速剖面表现出随深度增加的弱正声速梯度第三个测站即4号站，表层也是等温层，而后随深度缓慢递减，声速剖面也表现出同样的趋势。
前三个测站，各要素随深度的增加都呈现出缓慢的变化后两个测站即2号和1号站，30m以深温度、盐度和声速随深度的变化和前几个站点也基本相同，但是，在30m以浅处，这两个站点表层出现了温度的突然增大，盐度的突然减小的现象图2：各测站典型温度、盐度和声速剖面图(按测量时间顺序排列)通过对数据资料的分析发现，这种温度的突然增大及盐度的突然减小现象，是在3号站中逐渐发展完成的，如图3所示图3为3号站的一个连续观测过程，从图中可以看出，3号站刚开始测量时，即0800时和1000时（如图3a、b），剖面数据与前三个站（6号、5号和4号站）规律大体一致，各要素随深度是个缓慢的变化过程到了观测时间1200时（如图3c），15m以浅的温度突然增大，从1000时观测到的28.1℃增加到1200时的28.8℃，增加了0.7℃；盐度在相同的深度里也发生突然降低，从1000时观测到的33.7降低到1200时的33.3与最后两个测站即2号和1号站，表现出的表层温度增加、盐度减小的现象大体一致首先假设该现象是由降水引起的海表层的盐度降低可能是由于降水的稀释作用引起的但是，对于温度，首先，由于数据采集的时间为10月份，降水的温度无法达到28.8℃这么高；其次，降水无法完成从1000时到1200时就使温度影响到15米水深的范围；最后，从3号站第三个时次开始，以及接下来的两个连续站即2号和1号站，都表现出这种温度突然增大、盐度突然减小的现象，整个突变现象过程持续时间最少达三天，海上很少有时间持续这么久、强度这么大、范围这么广的降水。
所以可以排除是由于降水的作用的可能性通过分析可以判断，1200时后，该海区表层受到一不明海流的影响，且该海流具有比本地海水温度高、盐度低的特征图3：3号站温度、盐度和声速剖面连续观测图二、特殊海洋环境条件下的次表层声道受此影响，声速剖面首先表现出正声速梯度结构，而后水温迅速下降，声速剖面为负声速梯度结构，到达声速极小值点后，温度基本保持不变，声速主要受盐度的增加及深度的递增影响，声速又处于正声速梯度结构，到达主跃层后，温度随深度减小，声速剖面表现出负声速梯度这种环境使次表层出现“正梯度+负梯度+正梯度”类型的声速结构，进而使声波在次表层产生波导式的传播，使次表层声场显著增强，形成次表层声道图4为3号测站声传播曲线图从图中可以看出，当声源位于声速极小值所在深度（SD=30m）时，在上层声速负梯度和下层声速正梯度结构的影响下，声波出现了波导式的传播，这就是由海表面温度突然增加产生的次表层声道从声传播方式上看，温度突变环境产生的次声表层声道与深海SOFAR声道[2]有很大的相似之处不同的是，对于深海SOFAR声道，深海中提供负梯度的是主跃层，提供正梯度的是深海等温层，这两个水层都有几百米到上千米的垂直空间。
相比之下，该次表层声道受海面和海底边界的限制，所能提供的波导层厚度很有限与表面声道相比，由于其声线的反转完全是在水下完成的，没有经过海面的发射，声传播损失较小，所以传播的距离比表面声道远次表层声道中的声传播比表面声道声能更集中且受海面状况影响较小，因此对于海洋工程的应用及水声设备的使用有一定的实际意义图4：3号测站声传播曲线图（SD=30m）三、结论本文通过对我国南海东北部某航次的水文资料数据的分析，得出以下结论：首先，发现该海区有一表层水温突然增加、盐度突然降低的现象，通过分析，该现象是由一不明海流引起的，且该海流具有高温低盐的特征其次，由于这种特殊的海洋水文环境条件，使得海面近表层能够形成次表层声道该次声表层声道与深海SOFAR声道传播的方式相同，但是影响范围有所不同与表面声道相比，次表层声道中的声传播比表面声道声能更集中且受海面状况影响更小，因此对于海洋工程的应用及水声设备的使用有一定的实际意义[Reference][1]冯士,李凤岐,李少菁.海洋科学导论[M].北京:高等教育出版社,2001.[2]Urick R J.Principles of underwater sound[M].3rd ed.New York:Mc Graw Hill,1983.（作者单位：1.大连舰艇学院军事海洋系 大连,2．海军水文气象中心 北京,3.92488部队 湛江） -全文完-。