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1、海水中声速测定方法的探讨前言海水声速是个非常重要的参数，它是精确测得准确水深的关键。为满足测深的精度，必 须精确测定声速值。在水深测量中，海水声速的测定主要有三种方法，分别是金属杆比例法、 声波速度计直接测定法、解析法。一、现有的海水声速测定方法1、金属杆比例法（1）金属杆比例法就是用检查板、金属杆、水听器等，置于换能器下方一定深度处实 测其准确深度。根据准确深度调整测深仪声速，是测深仪深度等于准确深度。这样就可获得 较为准确的声速值。C = Z 真 C , C A t = Zm Z P P测式中：C = 1425 m s需要不断改变c使得Z = Z测，此时调整过的测深仪声速等于真实的海水中声
2、速。（2）局限性：金属杆比例法适合浅水海域中的声速测试。测出的声速只是某一个海域 中的某一时刻的某一水深的声速。2、声波速度计直接测定法声波速度计是一种声学仪器，通常利用收发换能器在固定的距离内测量声速，同时以压 力传感器及温度补偿装置测量水深。根据获取声速的方法的不同，通常又分为脉冲时间法、 环鸣法、脉冲叠加法、驻波干涉法、相位法、超声波干涉法、超声光栅法以及共振声谱法等。 这里简单介绍最常用的脉冲时间法、环鸣法以及相位法。（1）脉冲时间法脉冲时间法可以说是最简单的一种声速测量方法。在已知长度的发射器和接收器之 间测量短波声脉冲传报的时间，计算声波的传播速度。如图1，如果声波速度计分别放置在
3、某侧线的几个已知深度的点上，那么没点可以测得 一个声速值，则水珠的平均声速就按分段测量计算：_ 1/2（C + C ）（Z -Z） m Z - Z1图1声波速度计测速示意图局限性：这种测法测出的是某个海域的平均声速。但是，处在这个海域边缘位置 的海区，由于海水性质的不同，比如盐度、温度、压力的，死的该海区的海水中的声速和所 测得的平均声速有较大出入。（2）环鸣法：发射换能器产生的脉冲在海水中传播一定距离后被接收换能器接收，经过放大整形 鉴别后产生一个触发信号立即触发发射电路。这样的循环不断进行，就可以得到一个触发脉 冲序列。忽略循环过程中的电声延迟，得到的重复周期时间可认为是通过固定距离的时间
4、， 由此计算得到海水声速。图2脉冲环鸣法工作示意图 局限性：环鸣法每一次循环中电声和声电转换都会带来误差，想要测量精度很高， 就要求换能器到反射装置的相对精度不低于声速的相对精度，但是现有的仪器无法满足此要 求。(3) 相位法 通过测量收发信号的的相位差，计算固定频率的波长，最后获得声速。图3相位法工作示意图局限性：仪器测得的相对误差有来国内部分组成：相位测量电路本身的系统误差和 被测海水中的反射波叠加于直达波引起相位畸变。3、解析法 在海洋中，密度、可压缩性则与静压力、盐度以及温度有关。因此，海水中的声速 C是海水温度T、含盐度S以及深度Z(静压力)的递增函数，它们之间具有复杂的关系C =
5、1449.2 + 4.6T - 0.055T2 + 0.00029T.3 + (1.34 + 0.01T)(S - 35) + 0.017D 局限性a. 不同的经验公式适用于不同的情况，简化的Del Grosso声速方程已足够精确，可以满足 大多实际需要。但是要计算更精确的声速值，声速作为温度、盐度和深度的函数来说是 远远不够的。比如完整Del Grosso的表达式 就有19项，每项的系数保留12位有效 数字。除此以外，还有更多精确的经验公式可供选择。b. 海水的温度、盐度、压力这些参数必须足够精确才能使得测出的声速精确。c. 温盐深仪CTD和热敏探头(BT)这一类吊放式设备在同一艘船上投放并
6、回收，可以在特设 的显示设备上读取温度(盐度、压力)和深度的关系，进而获得声速剖面。它们的主要缺点是回收仪器费时费力并且无法在走航中应用。二、改进的措施和方法 在解析法中，海水参数温度、盐度、压力的精确度关乎着声速测定的准确度，而改 进温盐深仪CTD则能获得更为精确的海水参数。改进的投弃式温度探头（XBT）和投弃式温盐深探头（XCTD）为代表的投弃式设备，是可以 在走航中获得声速剖面而不必回收的传感器件。原理上它由装有水文参数（温度等）测量探头 的投弃容器构成，入水后以已知的速率下沉。探头上缠绕在卷轴上的细线与甲板上接收设备 相连。不断下沉中，探头通过细线将水文参数传回，形成水文参数随深度的变
7、化曲线图（计 算得到声速剖面）。随着投弃式探头测量精度的不断提高，已经在日常海上作业中逐渐取代 吊放式设备并应用于科学领域。 下表为经验公式的概要，适用于不同的海域，应根据不同的情况选择不同的经验公 式。fSN靠同伽l啊藏融BA|-Lcand Pu 栏1J顽3J.K36j6IOJ39WJ12DDel1974)4352-43SLOOOOwti蚪心7项4IW0tiFIMOii-imOQsG妇T如皿心13H*2-35a1MJkkinWcl 1*9引25-409J0-400-100-1000015三、关于未来海水中声速测定的展望海洋水文参数可以通过布放大量的测量探头来测量，这种测量探头的布放可依托舰船
8、平 台、飞机平台或浮标等，获取的数据不同于遥感测量数据，由于是直接测量，因而精度高， 并且可获得水体内的垂直分布规律。目前，国内海洋水文参数的测量，主要基于舰船平台，若要进行大范围的快速测量，这 种基于船舰平台的机动测量仍然不能满足实际需求。而以飞行器为平台的投弃式海洋水文测 量仪器，由于测量方式的机动性更强，通过短时间内大面积投放大量的测量探头，可以进行 远距离大范围的海洋水文参数测量。国外已经开发和使用了这类测量探头，因此，有必要研 制以飞行器为平台的投弃式海洋水文测量仪器，实现大范围海洋水文参数剖面的采集手段， 可以提高我国海洋环境信息获取能力，从而服务于科学考察、资源勘探等各领域。不同的海水声速测量方法，有着各自的优缺点及其适用范围。现有的不同的声速公式计 算出的声速变化率进行的统计分析，得出了适合不同水层和海区的最优声速公式，这是值得 借鉴、参考的。真实的海洋是复杂多变的，如何及时有效的获得海水声速剖面具有重大的现实意义。相 信随着科学技术的进步，各种CTD仪、声速仪的日益精良，海水的声速测量则会更加准确、 快速。
