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海洋锋区声传播数值仿真研究The numerical simulation of sound propagation in ocean front zone学生姓名曾志杰学号201212922229所在学院海洋与气象学院班级海洋技术1122所在专业海洋技术申请学位理学学位指导教师屈科职称讲师副指导教师职称答辩时间2015年 06月 06日目 录摘 要IabstractII1引言12海洋锋的定义及其对海水声传播的影响23锋区声场仿真模型33.1海洋锋特性33.2声学计算模型简介43.3海洋锋模型64锋区声场仿真74.1海洋锋区对不同声波频率的影响74.1.1模型参数设置74.1.2仿真结果及讨论85总结10鸣 谢11参考文献12摘 要海洋锋区的海洋环境参数在水平方向和竖直方向的梯度变化对海洋声传播有重要的影响。环境参数在水平方向的梯度变化，特别是海水温度的水平梯度变化，会导致海水声速的改变。声速的变化又会引起声线结构、传播损失、传播距离的改变。本文通过建立海洋锋声场模型，应用RAM模型来研究海洋锋区声传播特性。从仿真实验中，观察到以下现象：声波穿越海洋锋后，海洋锋区会出现一个能量折射的现象，使得部分能量在原有的传播方向上发生改变；海洋锋对不同频率的声传播影响不同，在经过海洋锋区时，高频声波发生的能量折射现象比低频声波的更加强烈。 关键词：海洋锋；声传播；RAM模型。abstractOcean fronts have a great effect on acoustic wave propagation for it generates horizontal and vertical inhomogeneity at sound speed, which result in significant fluctuations of sound energy. Firstly, according to the characteristics of ocean fronts, this paper used an ocean front model to simulate acoustic velocity where ocean fronts happen. Secondly, the paper utilizes RAM to produce 2D pictures of acoustic transmission loss in the area of ocean front. The following phenomena could be observed: The energy of sound wave will generate refraction when it goes through the area of ocean front. This impact on the high-frequency sound waves is more significant.Keywords: ocean front; sound propagation; RAM海洋锋区声传播数值仿真研究海洋技术，201212922229，曾志杰指导老师：屈科引言声波是人类迄今为止已知唯一能够在水中远距离传播的能量形式，因其在在海水中的良好传播特性使其成为人们进行海洋研究的主要信息载体，两次世界大战的爆发促进了水声技术的发展，人们逐步认识了声波在海水中传播的机理。海洋环境各种复杂的因素都会对声信号的传播产生影响。例如，潘长明等人用声学调查实测传播损失数据和UMPE（the University of Miami parabolic）模型仿真研究东海近海温跃层对水声场的影响，发现温跃层对低频声场较高频声场影响大，夏季正跃层海洋环境中传播损失随深度增加而减小，春季逆跃层海洋环境中传播损失随深度增加而增大[]；张旭等人（2014）应用KRAKEN简正波模型对实测中层冷水环境下的声场进行计算并分析，发现声波在冷水层中传播时形成波导声场使其传播损失较常规环境明显减小[]。此外，海洋环境对水声传播的影响还包括水声环境效应的不确定性，主要体现在：1、边界条件变化引起的不确定性，包括海浪、潮汐运动、大洋环流潮流等引起的海面变化和地质运动造成的海底地质、地形发生的改变； 2、海洋水体中由于某种特性引起的不确定性，如温跃层的厚度变化；3、传播过程引起的不确定性，主要包括声波在海面、海底和海水中的折射反射造成的多路径传播[]。海水中的声传播速度是最重要的声学参数，是影响声在海洋中传播的最基础的物理量。在流体介质中声波是弹性纵波，它可以表示为 。其中，是绝热压缩系数，是海水密度，它们都是海水温度、盐度和静压力的函数。所以，海水声速是温度T（C°）、盐度S（‰