沉积层声学特性对浅海低频声场分布的影响
发布时间：2022-01-07 04:52
已有对浅海低频水声场的讨论多是关注声能量在水体中的分布特性,对水体下沉积层、基底中低频声传播的同步研究相对较少。本文基于波动方程,在柱坐标系下推导了一种浅海水体/海底统一波导下低频声能流的计算模型,在此基础上结合具体仿真算例与波动理论阐述了不同沉积层声学参数对声场能量分布的影响规律及机理。仿真结果表明,在沉积层纵波声速>水中声速>沉积层横波声速的前提下,沉积层中密度与纵波声速数值越大,声能量越趋于保留在水体中而不向海底泄漏,横波声速的影响正好相反;沉积层厚度增加到一定量后,基底对流体层中声传播的影响可近似忽略不计。
【文章来源】：声学学报. 2020,45(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图１浅海水体海廉振一讓导德蟹??图１中：Ｐ！，分别代表模型中海水层声速和密??度；如６ｓｉ?（ｉ?＝?ｌ，２）分别代表模型海底沉积层与??硬基？海的密度、．速和波速；：为??
声传播的影响规律，以期为低频声信号的应用提供??理论基矗??考虑如图１所示柱坐标系下，各ｒ－：ｓ的构成２１３??平面间无相互作用，因此本文以下１１：作中将主要针??对某一?Ｆ角度下ｒ－＠平面上的声能流传播特性展开??讨论，下文仿真结果均以图３（ｂ）的形式进行展现。??３．１沉积层几何参数对低频声传播的影响分析??在上节讨论沉积层声学参数对浅海水体／海底??翁一波导待播特性影响规律的基础上，本节首先针??对沉积层几何参数一一沉积层厚度对低频声波传播??特性的影响规律展开研究＞?图４给出了表２仿真条??件下，不同频率下声波能流在水体／海底统一波导??下的分布特性，图４（ａ）和图４（ｂ）分别对应声源频率??１５０?Ｈｚ?和恶０?Ｈｚ；图?４（ｃ）?—图?４（ｅ）给出了?１００??１５０?Ｈｚ，?２５０?Ｈｚ三个频率下，单接收点分别位千水中??＝５０ｍ?）＿．、坑积层中（２?１１０?ｍ）和棊底中?＠?＝?１３：０?ｍ）：??时声能流的对比图．图５给１丨：＿〖了表Ｓ仿真条件下，??改变沉积层厚度后’点声源辐射１〇〇?Ｈｚ声波的能流??分布特性，图５（ａ）和图５（ｂ）分别对应沉积层厚度在??＝?ｍ和丑＝?５：０?ｆｌｉ时声能流在波导中的分布，??图—图§键给．出了丑在２：０斑：，３Ｓ．：斑．５?３０：?ｍ．三??个条件下，攀接收点分别位于水中卜＝５０?ｍ）、沉积??层中（ｒｙ?１１０?ｍ）：．和基底中（ｒ＝?１３０．?ｍ，?１４５?ｔｏ，：?１０：Ｑ．ｍ｝??时声能流的对比图。??对比图３＿和图４中的仿真结果可以着到在环境??参数不变的前提下，随着声源辐射声波频率的提髙，??波导各介质层中声能流的Ｔ涉现象均明显增强
０?ｍ；?（ｂ）?＝??１．８ｘｌＯ３?ｋｇ／ｍ３，?ｒ?＝?１＾５０００?ｍ；?（ｃ）?２：?＝?５０?ｍ；?（ｄ）?２：?＝?１１０?ｍ；?（ｅ）?２?＝?１３０?ｍ）??距禺（ｋｍ）?距禺（ｋｍ）??图５沉积层厚度不同时声能流传播图（（ａ）?▽好＝３５?ｍ，??ｒ?＝?１?？５０００?ｍ；?（ｃ）?２：?＝?５０?ｍ；?（ｄ）?２：?＝?１１０?ｍ；?（ｅ）??ｍｍ?（ｋｍ）??＝１?？５０００?ｍ；?（ｂ）?▽丑＝５０?ｎ??＝?ｉ＾２?＋?ｌ〇?ｍ）??减少，因此形成图４中的仿真结果；而斑辐射声波频??率不变时，增大沉积层的厚度也会对声场产生相似??影响，厚度越大声能景传播至海底的部分越少《??３．２沉积层声学参数对低频声传播的影响分析??在本文所考虑的理想均匀沉积层中，其声学参??数主要包：括介赓密度觀．、．纵波声速和横波声速??ｅｓｌ，在以下研究沉积层声学参数对水中点声源辐射??声波的影响规律时，也主要围绕上述３个声学参数??展开。??图坷ａ）和图６（ｂ）首先讨论了对应沉积层密度??押ｉ?＝?ｌ＿．２ｘ．１０３?ｋｇ／ｍ３．和／＝?ＩＪ＾ｄＯ３?ｋｇ／ｍ３?时，１Ｑ０?Ｈｚ：??声波在表２仿真条件下波导各层介质中的声能流分??布图；图６（ｃ）?—图６（６）分别对应ｋｇ／ｍ３，??ｌ．，＿１０３?ｋｇ／姐３；．?１．８Ｘ．１０３?ｋｇ／ｉｔｔ３?时，．離？接收点分别??位：Ｐ水中〇?＝?５０?ｍ）、沉积层中〇?＝?１１０?ｍ）和基底??中（．；ｃ?＝?ｌ：３〇ｍ：）的声能流対比图，．其余参数仍保持??表，８中一致??对比图３和图６的仿真结果可以看到：在流体??层声学参数不变的前提下，随着沉积
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅海环境下低频声信号传播特性研究[J]. 祝捍皓,郑广学,张海刚,郑红,林建民,汤云峰. 上海交通大学学报. 2017(12)
[2]Perfectly Matched Layer for an Elastic Parabolic Equation Model in Ocean Acoustics[J]. XU Chuanxiu,ZHANG Haigang,PIAO Shengchun,YANG Shi’e,SUN Sipeng,TANG Jun. Journal of Ocean University of China. 2017(01)
[3]采用能量守恒和高阶Padé近似的三维水声抛物方程模型[J]. 徐传秀,朴胜春,杨士莪,张海刚,唐骏. 声学学报. 2016(04)
[4]砂土底质浅水条件下实船地震波的检测试验[J]. 卢再华,张志宏,顾建农. 兵工学报. 2016(03)
[5]一种能量守恒的双向耦合简正波水声传播模型[J]. 莫亚枭,朴胜春,张海刚,李丽. 声学学报. 2016(02)
[6]海洋环境参数对Scholte波特性的影响[J]. 祝捍皓,郑红,林建民,汤云峰,孔令明. 上海交通大学学报. 2016(02)
[7]水平变化波导中两种耦合简正波方法的比较与分析[J]. 秦继兴,骆文于,张仁和,杨春梅. 声学学报. 2015(04)
[8]界面波数值模拟及其在海底浅层结构中的应用[J]. 李翠琳,鞠述晔,吴时国,钱进. 地球物理学进展. 2013(06)
[9]典型海底条件下抛物方程声场计算方法的缩比实验验证[J]. 祝捍皓,朴胜春,张海刚,刘伟,安旭东. 上海交通大学学报. 2013(04)
[10]根据非线性贝叶斯理论的界面波频散曲线反演[J]. 李翠琳,Stan E Dosso,Hefeng Dong. 声学学报. 2012(03)
本文编号：3573854
【文章来源】：声学学报. 2020,45(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图１浅海水体海廉振一讓导德蟹??图１中：Ｐ！，分别代表模型中海水层声速和密??度；如６ｓｉ?（ｉ?＝?ｌ，２）分别代表模型海底沉积层与??硬基？海的密度、．速和波速；：为??
声传播的影响规律，以期为低频声信号的应用提供??理论基矗??考虑如图１所示柱坐标系下，各ｒ－：ｓ的构成２１３??平面间无相互作用，因此本文以下１１：作中将主要针??对某一?Ｆ角度下ｒ－＠平面上的声能流传播特性展开??讨论，下文仿真结果均以图３（ｂ）的形式进行展现。??３．１沉积层几何参数对低频声传播的影响分析??在上节讨论沉积层声学参数对浅海水体／海底??翁一波导待播特性影响规律的基础上，本节首先针??对沉积层几何参数一一沉积层厚度对低频声波传播??特性的影响规律展开研究＞?图４给出了表２仿真条??件下，不同频率下声波能流在水体／海底统一波导??下的分布特性，图４（ａ）和图４（ｂ）分别对应声源频率??１５０?Ｈｚ?和恶０?Ｈｚ；图?４（ｃ）?—图?４（ｅ）给出了?１００??１５０?Ｈｚ，?２５０?Ｈｚ三个频率下，单接收点分别位千水中??＝５０ｍ?）＿．、坑积层中（２?１１０?ｍ）和棊底中?＠?＝?１３：０?ｍ）：??时声能流的对比图．图５给１丨：＿〖了表Ｓ仿真条件下，??改变沉积层厚度后’点声源辐射１〇〇?Ｈｚ声波的能流??分布特性，图５（ａ）和图５（ｂ）分别对应沉积层厚度在??＝?ｍ和丑＝?５：０?ｆｌｉ时声能流在波导中的分布，??图—图§键给．出了丑在２：０斑：，３Ｓ．：斑．５?３０：?ｍ．三??个条件下，攀接收点分别位于水中卜＝５０?ｍ）、沉积??层中（ｒｙ?１１０?ｍ）：．和基底中（ｒ＝?１３０．?ｍ，?１４５?ｔｏ，：?１０：Ｑ．ｍ｝??时声能流的对比图。??对比图３＿和图４中的仿真结果可以着到在环境??参数不变的前提下，随着声源辐射声波频率的提髙，??波导各介质层中声能流的Ｔ涉现象均明显增强
０?ｍ；?（ｂ）?＝??１．８ｘｌＯ３?ｋｇ／ｍ３，?ｒ?＝?１＾５０００?ｍ；?（ｃ）?２：?＝?５０?ｍ；?（ｄ）?２：?＝?１１０?ｍ；?（ｅ）?２?＝?１３０?ｍ）??距禺（ｋｍ）?距禺（ｋｍ）??图５沉积层厚度不同时声能流传播图（（ａ）?▽好＝３５?ｍ，??ｒ?＝?１?？５０００?ｍ；?（ｃ）?２：?＝?５０?ｍ；?（ｄ）?２：?＝?１１０?ｍ；?（ｅ）??ｍｍ?（ｋｍ）??＝１?？５０００?ｍ；?（ｂ）?▽丑＝５０?ｎ??＝?ｉ＾２?＋?ｌ〇?ｍ）??减少，因此形成图４中的仿真结果；而斑辐射声波频??率不变时，增大沉积层的厚度也会对声场产生相似??影响，厚度越大声能景传播至海底的部分越少《??３．２沉积层声学参数对低频声传播的影响分析??在本文所考虑的理想均匀沉积层中，其声学参??数主要包：括介赓密度觀．、．纵波声速和横波声速??ｅｓｌ，在以下研究沉积层声学参数对水中点声源辐射??声波的影响规律时，也主要围绕上述３个声学参数??展开。??图坷ａ）和图６（ｂ）首先讨论了对应沉积层密度??押ｉ?＝?ｌ＿．２ｘ．１０３?ｋｇ／ｍ３．和／＝?ＩＪ＾ｄＯ３?ｋｇ／ｍ３?时，１Ｑ０?Ｈｚ：??声波在表２仿真条件下波导各层介质中的声能流分??布图；图６（ｃ）?—图６（６）分别对应ｋｇ／ｍ３，??ｌ．，＿１０３?ｋｇ／姐３；．?１．８Ｘ．１０３?ｋｇ／ｉｔｔ３?时，．離？接收点分别??位：Ｐ水中〇?＝?５０?ｍ）、沉积层中〇?＝?１１０?ｍ）和基底??中（．；ｃ?＝?ｌ：３〇ｍ：）的声能流対比图，．其余参数仍保持??表，８中一致??对比图３和图６的仿真结果可以看到：在流体??层声学参数不变的前提下，随着沉积
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅海环境下低频声信号传播特性研究[J]. 祝捍皓,郑广学,张海刚,郑红,林建民,汤云峰. 上海交通大学学报. 2017(12)
[2]Perfectly Matched Layer for an Elastic Parabolic Equation Model in Ocean Acoustics[J]. XU Chuanxiu,ZHANG Haigang,PIAO Shengchun,YANG Shi’e,SUN Sipeng,TANG Jun. Journal of Ocean University of China. 2017(01)
[3]采用能量守恒和高阶Padé近似的三维水声抛物方程模型[J]. 徐传秀,朴胜春,杨士莪,张海刚,唐骏. 声学学报. 2016(04)
[4]砂土底质浅水条件下实船地震波的检测试验[J]. 卢再华,张志宏,顾建农. 兵工学报. 2016(03)
[5]一种能量守恒的双向耦合简正波水声传播模型[J]. 莫亚枭,朴胜春,张海刚,李丽. 声学学报. 2016(02)
[6]海洋环境参数对Scholte波特性的影响[J]. 祝捍皓,郑红,林建民,汤云峰,孔令明. 上海交通大学学报. 2016(02)
[7]水平变化波导中两种耦合简正波方法的比较与分析[J]. 秦继兴,骆文于,张仁和,杨春梅. 声学学报. 2015(04)
[8]界面波数值模拟及其在海底浅层结构中的应用[J]. 李翠琳,鞠述晔,吴时国,钱进. 地球物理学进展. 2013(06)
[9]典型海底条件下抛物方程声场计算方法的缩比实验验证[J]. 祝捍皓,朴胜春,张海刚,刘伟,安旭东. 上海交通大学学报. 2013(04)
[10]根据非线性贝叶斯理论的界面波频散曲线反演[J]. 李翠琳,Stan E Dosso,Hefeng Dong. 声学学报. 2012(03)
本文编号：3573854
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