声速测量声速剖面仪SVP.PPT 33页

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时间:2020/07/04
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第十四章 什么是海洋声学? 海洋声学是研究声波在海洋中的传播特点和规律,并利用声波探测海洋的学科。它是海洋学和声学的边缘学科。海洋声学的基本内容包括三方面: (1)声在海洋中的传播规律和海洋条件对声传播的影响。主要包括不同水文条件和底质条件下的声波传播规律,海底对声波传播的影响,海水对声的吸收,声波的起伏、散射和海洋噪声等问题; (2)利用声波探测海洋。利用声波不仅能测出大海的深度,甚至还能发现在海底蕴藏的石油; (3)海洋声学技术和仪器。各种不同类型的声纳设备正是海洋学技术中的佼佼者。海洋声学的研究不仅解开了许多海洋之谜,也为人类开发海洋、利用海洋提供了许多有效的途径。 观测要素 海水声速 声速梯度 声速跃层 水下声道 海水中的声速 声速经验公式 海水中的声速 海水中的声速 乌德公式 海水中的声速 2、声速测量 海水中的声速 2、声速测量 海水中的声速 2、声速测量 声速梯度 3、海洋中声速变化 声速梯度 声速梯度 声速梯度 声速梯度 声速梯度 声速梯度 声速梯度 海洋声道 声波在海水中传播时也有类似的现象。我们知道,在固定跃层中声速随深度的增加迅速减小,当降到某个限度时,就会进入深海等温层,在深海等温层中由于压力增加声速反而会加快。也就是说,在固定跃层与深海等温层交界的地方声速达到了最小值,从这一交界处无论向上还是向下声速都会增加。另一方面,由于声波在传播中,总是具有向声速比较低的水层弯曲的特性,所以,在这两层中激发的声波不能越出这条声带,而是曲折地沿声道的轴线(两层的分界线,位于声速最小值处向前传播, 这时声波被固定在一定范围内, 就像被一个“管子”套住了一样, 这个“管子”就是海洋声道。 由于没有扩散, 所以声波在声道中可以传播到数千海里之外。 声速梯度 声音在海洋中是怎样衰减的? 生活中我们都有这种体会,要是两个人相距不远,就可以小声交谈;距离一远,就要大声叫喊了;超过一定的距离后,即使再大声吆喝,也是听不见的。和在空气中的情况一样,海洋里的声音也会随着传播距离的增加而变得越来越小,并且最终消失得无影无踪。这种现象通常被称为声音的衰减。那么,声音为什么会衰减呢?科学家们发现导致声音衰减的原因有两个,一个是扩散,一个是吸收。所谓扩散是指随着距离的增加,声音覆盖的范围越来越大,由于能量越来越分散,所以强度越来越小,就像离开电灯泡越远的地方越不亮一样。事实上,声音无论是在气体、固体,还是在液体中传播时总有一部分能量转化为热能,因此,随着传播距离的增加声能也不断减小,这就是通常所说的吸收了。 声音在海洋中是怎样衰减的? 实验表明,声波在海水中的吸收比在淡水中要大得多,而且频率越高,吸收就越大。这主要是因为海水中含有丰富的盐类,特别是硫酸镁。当声波通过海水时,一部分声能转化为硫酸镁分子的化学能,最后又变成了热能。除此以外,海底沉积物对声波也有吸收作用,并且要比海水的吸收作用大几百倍。进一步研究还发现,海底沉积物对声波的吸收还与声波频率有关,频率越高,吸收越大。所以,在海底沉积物中只有频率很低的声波,才能穿透很大的深度,或传播很远的距离。 海水中的声吸收 驰豫 一个宏观平衡系统由于周围环境的变化或受到外界的作用而变为非平衡状态,这个系统再从非平衡状态过渡到新的平衡态的过程就称为弛豫过程。弛豫过程实质上是系统中微观粒子由于相互作用而交换能量,最后达到稳定分布的过程。弛豫过程的宏观规律决定于系统中微观粒子相互作用的性质。因此,研究弛豫现象是获得这些相互作用的信息的最有效途径之一 。 海水中的声吸收 为什么会有两种不同的海深? 人们在使用回声测深仪测量海深时,有时会发现,用一种测深仪测出的是一种深度,而用另一种测深仪测出的又是另一种深度。这是什么原因?为什么同一个地方会有两种不同的深度?是不是仪器出了什么毛病?经过仔细的校验,发现仪器没有什么问题,测量的方法也是正确的。那么问题到底出在哪里呢?经过反复研究,人们终于发现毛病就出在海底。有些海底比较硬,不论用工作频率较高的测深仪还是工作频率较低的测深仪,测出的深度都是一样的。但是,有些海底,在坚硬的海底上还有一层松软的淤泥,这层松软的淤泥无论是密度还是声速都与海水相差很小。其实,问题就出在这层淤泥,因为它对不同频率声波的反射能力不同。 为什么会有两种不同的海深? 具体来说,它对高频声波的反射能力很强,对低频声波的反射能力则很弱。如果测深仪向下发射高频声波,声波中的绝大部分由松软的淤泥表面反射回来,虽然有一小部分声波进入淤泥层,但最终还是被淤泥所吸收,使得坚硬海底的反射信号十分微弱,以致测深仪无法接收这种微弱的信号。显然,这时测得的海深就是从海面到淤泥表面的距离。反过来,如果测深仪向下发射低频声波,只有声波中的极少部分被淤泥

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