耦合Galerkin简正波解的抛物方程方法水下声传播计算.pdfVIP

第 29卷 第6期 海 洋 学 报 Vo1．29，No．6 2007年 11月 ACTA oCEANoLoGICA SINICA November 2007 耦合Galerkin简正波解的抛物方程方法 水下声传播计算 杨燕明 ，李燕初 (1．国家海洋局 第三海洋研究所，福建 厦门361005) 摘要：研究水平变化的海洋环境下声传播的计算方法．把Galerkin方法的简正波解应用于耦合简 正波抛物方程，可同时考虑海水和海底声场计算，对水平变化的海洋环境问题的数值计算表明，在 包含海水和海底的声场计算中该方法的计算结果都具有较高的精度． 关键词：Galerkin方法；简正波；耦合简正波抛物方程方法 中图分类号：733．21；0427．1 文献标识码：A 文章编号：0253—4193(2007)06—0033—07 关键的部分，国内的彭朝晖和李风华 基于WKBZ l 引言 简正波理论进行了耦合简正波抛物方程的声场计算 对于水平不变和变化的海洋环境，近年来已开 研究．该方法有快速计算局地简正波特征值和特征 发了许多声场计算模型n]，主要有射线模型、简正波 函数的优点，使CMPE在海水声场计算速度方面得 (NM)模型、抛物方程(PE)模型以及有限差分法和 到很大提高． 有限元法等．水平变化的简正波模型主要有耦合简 对于近程、低频、浅海的情况，考虑海水和海底 正波模型，如较流行的CoUPLE97算法，常用来计 底质变化的分层介质声场计算是很重要的，它更能 算基准解，该方法计算精确度较高，但计算时间相对 反映声音在海洋中传播的真实情况．为了适用于分 较长．抛物方程方法较适合于计算低频远场的情况． 层介质的声场计算，并能较准确地计算局地简正波 1997年Abawi等 ]结合简正波与抛物方程理论提 的特征值和特征函数，本文的CMPE方法在计算局 出了一种较新型的声场计算模型，称为耦合简正波 地简正波时采用了Galerkin方法 ]． 抛物方程方法(CMPE)，这种方法在垂直方向可用 2 耦合简正波一抛物方程方法 较少的简正波来描述垂向的声场变化，在水平方向 采用抛物方程方法来求解简正波的幅值系数、在频 在图1的海洋声道中海水和沉积物的总深度为 率较高时，PE方法中因垂直网格步长一般要小于 H，海面为自由平面，水深h(r)沿距离r平缓变化， 1／4波长 ]，垂直网格划分必须加密，从而使计算时 介质密度ID(r，z)、声速C(r，z)随距离和深度变化． 设h(r)以上为水层，以下为沉积物层．略去时间依 间成倍地增加，CMPE克服了PE方法难以用于高 频的问题．CMPE在垂向用简正波来描述，它也能 赖关系e— ，在柱坐标系中，在简谐点源作用下声道 中声场满足下述方程(1)和边界条件(2) ： 用于近场的计算．CMPE方法中所包含的耦合系数 考虑了海底地形变化及海水声速水平变化等的影 P (砉 )+．o (古 )+忌 P 响，可改善绝热抛物方程方法的计算结果． ：一：一 ， (1)‘l● 在CMPE模型中简正波的计算是模型的一个 收稿日期：2006 11-21；