第6章-海洋中的混响..复习进程
水声学复习提要
rR rn
距离r
College of Underwater Acoustic Engineering HEU
17
作业点评
第一章
给定水下声压 p 为100Pa，那么声强 I 是多大， 与参考声强 I r 比较，以分贝表示的声强级是多少？ （取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）
解：声强：
被动声纳方程
SL - TL -（NL - DI）=DT
SL—噪声源 无TS 背景干扰为环境噪声和舰船自噪声
声纳方程的应用
基本应用
声纳设备性能预报 声纳设备设计
College of Underwater Acoustic Engineering HEU 5
第二章 海洋的声学特性
可以解得声场的解析解； 不易处理复杂边界条件； 易于加入源函数； 计算复杂；
射线理论
只能解得声场的近似解； 易于处理复杂边界条件； 物理意义简单直观； 不能处理影区、焦散区；
适用于低频远距离浅海。
适用于高频近距离深海。
15
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作业点评
解：根据水文条件及声 呐使用场合，画出回声 信号级、混响掩蔽级和 噪声掩蔽级随距离变化 曲线，由回声信号曲线 与混响掩蔽级、噪声掩 蔽级曲线的交点所对应 的距离来确定混响是主 要干扰，还是噪声为主 rR rn 要干扰。如下图， 所以混响是主要干扰。
声信号级 回声信号级 混响掩蔽级 噪声掩蔽级
作业点评
第一章
什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程 中各项参数的物理意义是什么？ 声纳方程的两个基本用途是什么？ 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际 工作中如何确定哪种干扰是主要的？
华北理工水声学课件06海洋中的混响-1海水中气泡的声学特性、海面混响
1.41
由上图可知小气泡作受迫振动时的等效机械阻抗：
Zm
cS0
k
a
i1
3P0 2a2
ka
气泡的共振频率：
f0
1
2a
3P0
7
海水中气泡的声学特性
小气泡的共振频率
例：对于水中的气泡，取 1g / cm3，空气的 1.41
设气泡在水面附近，则 P0为1标准大气压，据此可 得谐振频率：
13
海面混响
海面混响的理论处理 设收发合置换能器位于O点，离海面散射层的
距离为 h ；收发换能器指向性分别为 b(,) 、b(,) 声源在散射层上的投影点 O 到圆环内侧距离为 R 声源到圆环内侧的斜距为 r 。
14
海面混响
海面混响的理论处理 海面对混响有贡献的区域是厚度为H，宽为 c / 2
的球台状圆环，如图所示。对于海面混响，也可以 像体积混响一样来推导等效平面波混响级表达式， 不同的是积分体积改变了，散射强度采用界面散射 强度 Ss 。
15
海面混响
海面混响的理论处理
类似体积混响的理论处理，对混响有贡献的散射
声强：
Iscat
I0SV
1 r4
b( ,)b( ,)dV
提示：只有工作在近海面的声纳才可能受到海面混响
4.34n e dB/m
注意：上式忽略气泡间的多次散射，仅适用于气泡 浓度不大的情况。
12
海水中气泡的声学特性
含气泡水介质中的声速 含气泡水中的声速与气泡含量、声波频率有关； 当声波频率低于气泡共振频率，气泡的存在使声 速明显减小； 相反，当声波频率远高 于共振频率，气泡对声 速不产生明显影响； 若声波频率就在共振频 率附近，则随着频率的 变化，声速发生剧烈改变。
《水声学》部分习题答案
线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，如下图，
rR<rn，所以混响是主要干扰。
声信号级
回声信号级
混响掩蔽级
噪声掩蔽级
rR rn
距离r
6 工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为 1000Hz，且探测沉底目
标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工
水声工程学院
8
水声学课程组
哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
解：早晨时声呐作用距离远，因为此时可能存在表面声道，而下午一般不会形成 表面声道。即使不出现表面声道时，早晨的负梯度也小于下午的负梯度，所以早 晨的作用距离远于下午，这就是下午效应。 9 画出深海声道声速分布，应用射线理论说明声波在深海声道中远距离传播的
7
水声学课程组
哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
第 4 章 典型传播条件下的声场
1 邻近海面的水下点源声场中的声压振幅随距离变化具有哪些规律？ 2 表面声道的混合层中的声线传播具有那些特点？ 3 什么是反转深度？什么是临界声线和跨度？ 4 什么是会聚区和声影区？二者之间声强大小如何？会聚增益是如何定义的？
声线曲率半径 R = c0 ，所以水平传播距离 g
x = R 2 − (R − d )2 = 2Rd − d 2
水声工程学院
6
水声学课程组
哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
一般情况下，声速垂直梯度 g 为远小于 1 的量 所以曲率半径较水深大得多 x ≈ 2Rd = (2c0d / g)1/ 2
解：1）声速绝对梯度 g = dc = 1500 −1450 = −0.5s −1
(整理)《水声学》课程配套习题参考答案.
《水声学》部分习题参考答案绪论1略2略3略4略5环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化的曲线，如下图，然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，如下图，r R<r n，所以混响是主要干扰。
声信号级噪声掩蔽级R6工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为1000Hz，且探测沉底目标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工作频率为1000Hz，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。
7已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。
（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域）解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。
在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距离的42倍，即R R 412 。
第一章 声学基础1 什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。
解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。
发生全反射时，反射系数是复数，其模等于1，虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切，即全反射时，会产生相位跳变。
2 略3 略第二章 海洋声学特性1 海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布。
解：海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系难以用解析式表达。
CCC2 略3 略4 略5 略6 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。
（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL 表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL 表达式。
6.2.1海面及海底混响 - 海面及海底混响
（2）海底散射强度 Sb
r=180m
由掠射角和泥浆海底条件
30m
在图 6-15 的曲线查得 Sb 35 dB
（3）等效波束宽度
声纳工作频率 50kHz，相应的波长为 0.03m，又换能器为 0.3m 长的柱状换能器，所以 由表 6-3 查得
10
lg
10
lg
0.1 2
9.2
8.8
0.13 弧度
T
1 T
T 0
V1
(t)V2
(t
)dt
limlim R
T
1 T
T 0
V1
(t
)V2
(t
)dt
1 T T
T 0
V12
(t
)dt
lim lim R
cos(kl sin )
T
1 T
T sin 2 tdt
0
T
1 T
T sin 2 tdt
0
cos(kl sin )
上式只是一个散射元所造成的结果，总的相关系数为
(z)dz
。
2、 海 面 散 射 强 度
计算海面混响的 RL，必须知道 Ss ，因此，对于
海面混响研究实际是对 Ss 的研究。海上测量结果表明：
海面散射强度与掠射角、工作频率和海面上风速有关， 见右图（60kHz）。海面散射强度与掠射角、风速的关 系分成三个区域：
（1）与掠射角关系 掠射角小于 300，散射强度几乎不随掠射角而变，
（二）与海底底质和角度的关系
在沿海各个站位上测量得到的海底反向散射强度 低频海底反向散射强度与掠射角的关系 注 意 ：知道如何查图读数即可。 常 识 ：海底散射强度大于海水的体积混响和海面散射强度，对于工作在近海底的主动声纳 来讲，海底混响可能成为主要干扰背景。
第6章-海洋中的混响
小气泡作受迫振动时的等效机械阻抗：
ZmcS 0k
ai132aP20k
a
气泡谐振频率：
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （6）散射体分布在整个空间中，单位体积中散射体足够多，
则总的散射声强： IsI0VS rV 4 b(,)b(,)dV
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （7）假设每个散射体元有相同贡献，则总散射声强绝对值：
6.2 体积混响
2、体积混响理论
如何提高主动声纳的作用距离？
6.2 体积混响
3、深水体积混响源及其特征
研究方法： 用测深仪垂直向下发射，测量各个深度层上的散射强度值，
分析海底反射信号之前的回波强度随时间的变化关系，研究深 水体积混响源及其特征。
研究结果： （1）在海水某个深度上，有较强的回声强度，称该层为深水 散射层（DSL），层深在180~900m，典型深度是400m； （2）深水散射层具有一定厚度，典型厚度为90m；
的指向性为b,。
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （1）单位距离处发射换能器轴向声强为I0，则在空间 ( ,) 方 向上的声强为 I0b(,) ；
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （2）考虑 ( ,) 方向上r处有一体积为dV的体积散射体，假设
6.2 体积混响
3、深水体积混响源及其特征
研究结果： 太平洋两个海区内测得的24kHz的体积散射强度随深度的变化：
4、舰船尾流
6.2 体积混响
6.2 体积混响
4、舰船尾流
概念： 航行中的舰船螺旋桨所产生的一条含气泡湍流。
海洋科学导论基础复习-(含答案)
2
面积的 39％。在南半球陆地面积只占 19％。
12. 以经度 0°，N38 °和经度 180°、 S47 °为极点分割地球，则海陆面积比达到 最大,称“陆半球”和“水半球”。陆半球中心位于西班牙东南沿海，水半球中心 位于新西兰东北。
13. 根据海洋的盐度、温度等要素的特点和形态特征，可将海洋分为主要部分和附属 部分，主要部分为洋，附属部分为海、海湾和海峡。
16. 南大洋的特点：（1）自成体系的环流系统；（2）独特的水团结构；（3）世界大洋 底层水团的主要形成区；（4）对世界大洋环流起重要作用。
17. 海：海洋的边缘部分。全世界共有 54 个海，面积占世界海洋面积的 9.7%。海的特 点：（1）深度较浅，一般在 2000m 以内；（2）海洋水文要素受大陆影响，有明显 的季节变化；（3）水色低，透明度小，无独立的潮汐和洋流系统，潮汐由大洋传 入，潮差显著；（4）有自己的海流环流形式。
海洋环境噪声源包括海浪飞溅形成的噪声风与海浪表面相互作用产生的噪声击岸浪发出的声音雨滴声海洋湍流生物噪声海水分子热运动所辐射的噪声远处航船噪声和沿岸工业噪声指已形成平稳随机过程的随机噪声地震扰动形成的低频声波冰层破裂产生的噪声火山爆发以及远处风暴引起的噪声等等
《海洋科学导论》复习提纲
第一节 1.地球限度（Planetary boundaries）：safe operating space for humanity；是指
2.据科学家判断人类可能跨越的四项地球限度：气候变迁（climate change）、生物 多样性（biodiversity loss）、氮磷循环（nitrogen cycle and phosphorus cycle）、森 林砍伐与土地使用变更（deforestation and other land use changes）。
水声学第七章 海洋中的混响
2020/12/13
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• 体积混响
– 深水体积混响源及其特征
• 特点：有一定厚度；深度不固定，具有昼夜迁 移规律，深度变化可达几百米；具有低频选频 特性。
• 混响产生的原因：散射体是生物性的，为存在 于海洋中的海洋生物；低频选频特性是由含气 鱼鳔所造成；非生物性的散射体对散射贡献是 微不足道的。
• 海面的不平整性和波浪形成的气泡层对声波散 射所形成的混响海面混响
• 海底及其附近散射体形成的混响海底混响
提示：海面混响和海底混响统称为界面混响（ 散射体分布是二维的）
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• 海洋混响基本概念
– 散射强度
• 定义：参考距离1米处被单位面积或体积所散射
的声强度与入射平面波强度比值的分贝数。
压比热和等容比热的比值，标准状态下，
1.41
由上图可知小气泡作受迫振动时的等效机械阻抗：
Zmc0 Skai132aP20ka
气泡的共振频率：
1
f0 2a
3P0
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• 海水中气泡的声学特性
– 小气泡的共振频率
例：对于水中的气泡，取1g/cm3 ，空气的 1.41
设气泡在水面附近，则 P0 为1标准大气压，据此可 得谐振频率：
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本章主要内容
• 海水中气泡的声学特性（了解）
– 单个气泡的散射截面、吸收截面和消声界面 – 衰减系数 – 含气泡水介质中的声速
• 海面混响（重点）
– 海面散射的理论处理 – 海面散射强度 – 关于海面散射的理论
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高中地理选修海洋地理复习教学案
高中地理选修2《海洋地理》复习教学案课时安排：4—5课时考点扫描：一、海洋和海岸带1.海底地形：海底地形的形成和分布规律2.海水温度、盐度的分布规律3.海—气相互作用4.海水运动：波浪、潮汐、洋流等海水运动形式的主要成因及其作用5.海岸与海岸带：海岸的主要类型和特点海岸带开发利用的主要方式6.海平面变化对海岸带自然环境以及社会经济发展的重要影响二、海洋开发7.海水资源、海水化学资源、海底矿产资源开发利用的特点和现状8．潮汐能、波浪能等的特点以及海洋能的开发前景9．海洋生物资源开发利用中存在的问题及对策10．开发利用海洋空间的重要性及其主要方式三、海洋环境问题与保护11．风暴潮和海啸的成因、危害及应对措施12．海洋主要污染物的来源及其对海洋环境产生的危害，保护海洋生态环境的主要对策四、海洋权益13．内水、领海、毗连区、大陆架、专属经济区和公海等概念的区别14．我国海洋国情的基本特点和我国维护海洋权益的重要意义15．建立和维护国际海洋秩序的重要性第一章海洋概述[本章考点]考纲上没有显示，作为基础知识掌握。
重点是区域地图的训练。
海第二章海岸与海底地形[本章考点]1.海底地形：（1）海底主要地貌类型（2）海底扩张学说、板块构造学说的主要观点（3）海底地形的形成和分布规律2.海岸类型及其特点[知识梳理]大陆边缘洋盆洋中脊3．海底地形的形成[本章考点]1.海水温度与盐度：（1）海洋表层温度的分布规律（2）不同海区海水温度随水深的变化规律（3）海洋表层盐度的分布规律2.海水运动：波浪、潮汐对地理环境和人类活动的影响 [知识梳理] 1．海水温度海水温度的分布规律：水平分布规律 同一季节，不同海区 同一纬度 垂直分布规律： 2．海水盐度3.海水运动种类： 、 、 等。
成因： 、 、 、 等。
（1）波浪意义：塑造海岸地貌的主要动力；对 、 、 、都有影响。
概念：海水在月球和太阳引力作用下发生的现象。
白天的海水涨落称为，夜晚的海水涨落称为。
主动声纳方程期末总结-水声学讲义
College of Underwater Acoustic Engineering
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第六章 声波在目标上的反射和散射
本章主要内容
目标强度参数定义 刚性大球目标强度计算理论推导 常见声纳目标的目标强度值和特性 目标强度测量方法 目标回波组成及其特征 壳体目标的回波信号特征
College of Underwater Acoustic Engineering
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作业点评
聚集因子F是如何定义的，它有什么物理意义？ 举出二个F>1的场合。
解：聚集因子 F Ix, z/ I0 ，其中I是非均匀介
质中的声强，I0是按球面波衰减的声强，若 F>1，表示该处衰减小于球面波规律，反之， 则表示该处衰减大于球面波规律。会聚区和焦 散线上F>1。
声信号级
回声信号级 混响掩蔽级 噪声掩蔽级
rR rn
距离r
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作业点评
第四章
声线弯曲满足的基本条件是什么？并定性说明它们 之间的规律。
海水中声速值从海面的1500m/s均匀减小到100m深处 的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）使还表面的水平 声线达到100m深处时所需要的水平距离；（3）上述 声线到达100m深处时的角度。
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第六章 声波在目标上的反射和散射
本章主要内容
刚性球体散射声场计算及其特性 弹性球体散射声场计算 弹性球体散射声场特性 求解散射声场的理论方法
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《海洋科学导论》---第六章--波动现象
第六章 海洋中的波动现象海洋中的波动是海水的重要运动形式之一。
从海面到海洋内部处处都可能出现波动。
波 动的基本特点是， 在外力的作用下， 水质点离开其平衡位置作周期性或准周期性的运动。
由于流体的连续性， 必然带动其邻近质点， 导致其运动状态在空间的传播， 因此运动随时间与 空间的周期性变化为波动的主要特征。
实际海洋中的波动是一种十分复杂的现象， 严格说， 是，作为最低近似可以把实际的海洋波动看作是简单波动研究简单波动入手来研究海洋中的波动是一种可行的方法。
接应用于解释海洋波动的性质[1 3]§ 6.1 概述6.1.1 波浪要素一个简单波动的剖面可用一条正弦曲线加以描述。
如图 6-1 所示， 曲线的最高点称为波峰，曲线的最低点称为波谷，相邻两波峰（或波谷）之间的水平距离称为波长（ ）相邻两波峰 （或者波谷） 通过某固定点所经历的时间称为周期 （ T ） 。
显然， 波形传播的速度 c /T 。
从波峰到波谷之间的铅直距离潮位波高 （ H ） ， 波高的一半 a= H/ 2称为振幅， 是指水质点 离开其平衡位置的向上 （或向下） 的最大铅直距离。
波高与波长之比称为波陡， 以 （H / ）表示。
在直角坐标系中取海面为 x y 平面，设波动沿 x 方向传播，波峰在 y 方向将形成一条线，该线称为波峰线，与波峰线垂直指向波浪传播方向的线称为波向线。
图 6-1 波浪要素它们都不是真正的周期性变化。
但海海6.1.2 海洋中的波浪海洋中的波浪有很多种类，引起的原因也各不相同。
例如海面上的风应力，海底及海岸附近的火山、地震，大气压力的变化，日、月引潮力等。
被激发的各种波动的周期可从零点几秒到数小时以上，波高从几毫米到几十米，波长可以从几毫米到几千千米。
海洋中波动的周期和相对能量的关系如图6-2 所示。
由风引起的周期从1~30s 的波浪所占能量最大；周期从30s 至5min ，为长周期重力波，多以长涌或先行涌的形式存在；一般是由风暴系统引起的。
海洋科学导论 第六章：海洋中的波动现象
海水运动形成的内浪
Internal waves forming as seawater moves through the Strait of Gibraltar into the
Mediterranean Sea
第六章：海洋中的波动现象
6.3 .6 孤立波
浅海中存在的波形在传播过程中保持不变的非周期性波动 的波，称为孤立波。
其波面全部位于静水面以上（或以下）。如近海潮波侵入 河口后具有类似孤立波的性质。
海洋科学导论 6.3 .6 孤立波
第六章：海洋中的波动现象
§ 6.3 有限振幅波动
第六章：海洋中的波动现象
海洋科学导论
§ 6.4 海洋内波
第六章：海洋中的波动现象
海洋科学导论
§ 6.4 海洋内波
海洋内波存在的前提
是发生在密度稳定层化的海水内部的 一种波动
最大振幅出现在海洋内部
波动频率介于惯性频率和浮性频率之间 1752年
其恢复力在频率较高时主要是重力与浮力的合力（称为约 化重力或弱化重力），当频率低至接近惯性频率时主要是 地转科 氏惯性力，所有内波也称为内重力波或内惯性—重 力波。
海洋科学导论
第六章：海洋中的波动现象
主 要 内 容 ： 2学时
1 . 概述 2 . 小振幅重力波 3 . 有限振幅波动 4 . 海洋内波 5 . 开尔文波与罗斯贝波 6 . 风浪和涌浪
海浪怎么产生？
无风不起浪----风浪：一直处在风作用下的海浪 无风三尺浪----涌浪：风停止、减弱、转向时的海浪
海浪是由风引起的表面重力波
内波的发现——“死水现象”
水声学-第6章海洋中混响
研究结果： （3）深水散射层的深度不是固定不变的，具有昼夜迁移规律， 日出日落变化剧烈，深度变化可达几百米； ——体积混响源是生物性的，是存在于海洋中的海洋生物。 （4）深水散射层中散射强度值是变化的，具有频率选择性，在 不同深度，层有不同共振频率，反应层具有多层结构； ——低频选频特性是鱼类或含气鱼鳔所造成。
混响是随时间衰减的，它对接收信号干扰的大小，应取 声呐信号到达时刻的等效平面波混响级。
水声学
第6章 海洋中的混响
8
6.1 海洋混响基本概念
4、混响研究的基本假定
声线直线传播，计及球面衰减和海水吸收； 任何时刻单位面积上或体积内散射体分布是随机均匀的，且 每个散射体对混响的贡献相同； 散射体数量极多，单位体积元和面元含有大量散射体； 只考虑散射体的一次散射，不考虑散射体间的多次散射； 入射脉冲时间足够短，忽略面元和体元尺度范围内传播效应。 ——混响是一个复杂过程，受多种因素的影响，上述假设忽略 某些次要因素，只考虑主要因素，但所得理论分析结果仍具有 普遍指导意义。
注意：
脉冲的前沿和后沿。位于r1和r0之间的散射体都和B点类似， 都会对t时刻的混响有贡献；
上述推导也适用于海面和海底混响，圆环替代球壳。
水声学
第6章 海洋中的混响
12
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： 假设海水介质中均匀分布着大量的散射体，指向性发射器
的指向性为 b , 。
2、体积混响理论
等效平面波混响级：
RL 10lg I0 I ref
10lg SV
1 10lg
r4
10
lg
c
2
r
2
（完整版）海洋科学导论课后习题答案
（完整版）海洋科学导论课后习题答案海洋科学导论复习题第⼀章绪论2.海洋科学的研究对象和特点是什么？海洋科学研究的对象是世界海洋及与之密切相关联的⼤⽓圈、岩⽯圈、⽣物圈。
它们⾄少有如下的明显特点。
⾸先是特殊性与复杂性。
其次，作为⼀个物理系统，海洋中⽔—汽—冰三态的转化⽆时⽆刻不在进⾏，这也是在其它星球上所未发现的。
第三，海洋作为⼀个⾃然系统，具有多层次耦合的特点。
3.海洋科学研究有哪些特点？海洋科学研究也有其显著的特点。
⾸先，它明显地依赖于直接的观测。
其次是信息论、控制论、系统论等⽅法在海洋科学研究中越来越显⽰其作⽤。
第三，学科分⽀细化与相互交叉、渗透并重，⽽综合与整体化研究的趋势⽇趋明显。
5.中国海洋科学发展的前景如何？新中国建⽴后不到1年，1950年8⽉就在青岛设⽴了中国科学院海洋⽣物研究室，1959年扩建为海洋研究所。
1952年厦门⼤学海洋系理化部北迁青岛，与⼭东⼤学海洋研究所合并成⽴了⼭东⼤学海洋系。
1959年在青岛建⽴⼭东海洋学院，1988年更名为青岛海洋⼤学。
1964年建⽴了国家海洋局。
此后，特别是80年代以来，⼜陆续建⽴了⼀⼤批海洋科学研究机构，分别⾪属于中国科学院、教育部、海洋局等，业已形成了强有⼒的科研技术队伍。
⽬前国内主要研究⽅向有海洋科学基础理论和应⽤研究，海洋资源调查、勘探和开发技术研究，海洋仪器设备研制和技术开发研究，海洋⼯程技术研究，海洋环境科学研究与服务，海⽔养殖与渔业研究等等。
在物理海洋学、海洋地质学、海洋⽣物学、海洋化学、海洋⼯程、海洋环境保护及预报、海洋调查、海洋遥感与卫星海洋学等⽅⾯，都取得了巨⼤的进步，不仅缩短了与发达国家的差距，⽽且在某些⽅⾯已跻⾝于世界先进之列。
第⼆章地球系统与海底科学3.说明全球海陆分布特点以及海洋的划分。
地表海陆分布：地球表⾯总⾯积约5.1×108km2，分属于陆地和海洋。
地球上的海洋是相互连通的，构成统⼀的世界⼤洋；⽽陆地是相互分离的，故没有统⼀的世界⼤陆。
物理海洋复习提纲
《物理海洋学》复习提纲 （2012年12月）第四章 基本方程1、作用于海水微团的真实力有哪些？答：地球引力g *= 02()M r a r μ- ，压强梯度力1p ρ∇-，摩擦力F V μρ=∆，天体引力（包括月球引力()02M LX LLK μ=- 和太阳引力()02S L X LLK μ=-）2、基本方程由哪几个守恒定律推导而来？有几种方程组成？答：()()()()120(,,)T D dV g p V F F dt V s V s k s t V t s p θρθθκθρρθ⎧=-∇-Ω⨯++⎪⎪⎪∇⋅=⎪∂⎪+⋅∇=∆⎨∂⎪∂⎪+⋅∇=∆⎪∂⎪=⎪⎩——运动方程动量守恒——连续方程质量守恒——盐量扩散方程盐量守恒——热传导方程热量守恒——海水状态方程3 边界条件出现的物理原因？答：海洋是有边界的，它与大气、海底和海岸线之间存在着不连续界面。
而这种不连续界面基于连续性的海水运动基本方程组不能应用，必须用边界条件来代替。
4、基本方程及边界条件为什么要进行时间平均？答：通常情况下，海水运动处于湍流状态。
处于湍流运动状态的流体质点其运动轨道是无序的、随机的。
各质点之间存在着不连续的相对运动，这种运动被称为脉冲运动。
这种运动分析起来很困难，通过时间平均，可以将海水运动中的脉动特征分离掉，从而更利于体现海水运动的整体规律。
5、准静力近似、f 平面近似、β平面近似和Boussinesq 近似的概念。
答：准静力近似：静力方程10pg zρ∂--=∂0z p p gdz ζρ⇒=+⎰，其中0p 为海面气压，z gdz ζρ⎰为z 点以上单位底面积水柱的重量。
任意点压强等于海面大气压强与该点以上水柱重量之和，这就是准静力近似又叫静压假设。
f -平面近似：在大尺度运动中，为了理论上研究方便，在不影响海水运动主要特征的情况下，常常取02sin f f ωϕ==，即认为海水运动发生在科氏力参量为常数0f 的平面上，该平面叫做f -平面，在该平面上研究海水运动称为f -平面近似。
水声学-海洋中的混响
12
二、混响的统计特性
分布函数及平均起伏率 混响振幅的概率密度函数：
f
(E)
E
2 E
e
E2
2
2 E
起伏率：
1/ 2
E2 E E2
2
100%
：对于瑞利分布而言，起伏率为52%。
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二、混响的统计特性
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一、海底混响
海底散射强度 与声波频率的关系： 根据海底散射强度随频率变化，将海底粗糙度分 为三类。
有不大起伏的深海海底平原。粗糙度大体与波长相比拟， 散射强度随频率而增长；
多有水下山脉，海底不平。散射强度无明显频率关系， 可用Lambert定律描述；
介于以上两类海区。散射强度亦介于两类海区散射强度 随角度和频率的变化关系之间。
dB
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四、第七章小结
海洋混响基本概念 混响的分类 混响的形成 混响的特点 散射强度的定义 等效平面波混响级
体of Underwater Acoustic Engineering
db等效波束宽度声纳工作频率50khz相应的波长为003m又换能器为03m长的柱状换能器所以由表63查得弧度35lg10lg10underwateracousticengineeringheu21等效平面波混响级rldb80lg10lg40slrlunderwateracousticengineeringheu22体积混响的特点collegeunderwateracousticengineeringheu23混响瞬时值振幅相位collegeunderwateracousticengineeringheu24等效平面波混响级回声信号信混比collegeunderwateracousticengineeringheu25ts已知目标强度为ts的目标位于海底探测声呐与它之间的距离为r海底散射强度为sb探测声呐声源级为sl发射信号脉冲宽度为换能器等效联合指向性为设海水中的声速为吸收系数为求接收信号的信underwateracousticengineeringheu26ts半径a05米的刚性球放置在海底换能器离该球200米换能器等效收发联合指向性为02弧度并测得单位面积海底反向散射声强是入射声强的11000已知声源级sl200db发射信号脉冲宽度10ms海水中的声速为1500ms1求海底混响等效平面波混响级
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海底的不平整性、海底表面的粗糙度及其附近散射体形成 的混响。
——海面混响和海底混响统称为界面混响。
6.1 海洋混响基本概念
2、散射强度
——表征散射体（面）声散射本领的一个基本物理量。
定义：在距散射体（面）1米处，被单位面积或体积所散射的声
6.2 体积混响
1、对混响有贡献的区域
海洋中所有散射体的散射波不会都在同一时刻到达接收器 ——它们距离声源和接收器的距离远近不一样，入射声波照射 到散射体的时刻有先有后。 某一时刻的混响是该时刻所有到达接收器的散射波的总和
结论：海洋中部分散射体对某一时刻的混响有贡献。
6.2 体积混响
1、对混响有贡献的区域
6.1 海洋混响基本概念
1、混响的分类
实测海洋混响信号：水深为1980米，声源为2磅炸药，位于 244米水深，水听器深度41米，滤波带宽1~2kHz。
6.1 海洋混响基本概念
1、混响的分类
根据混响场形成原因不同，混响分为如下三类： （1）体积混响
海水本身就是散射体，如海水中泥砂粒子、海洋生物，海 水本身的不均匀性（水团、湍流等）等引起的混响。 （2）海面混响
中，声轴对着目标，若接收器输出端电压也为V，则混响场的
等效平面波混响级RL ：
RL 10 lg I I ref
混响是随时间衰减的，它对接收信号干扰的大小，应 取声呐信号到达时刻的等效平面波混响级。
6.1 海洋混响基本概念
4、混响研究的基本假定
声线直线传播，计及球面衰减和海水吸收； 任何时刻单位面积上或体积内散射体分布是随机均匀的，且 每个散射体对混响的贡献相同； 散射体数量极多，单位体积元和面元含有大量散射体； 只考虑散射体的一次散射，不考虑散射体间的多次散射； 入射脉冲时间足够短，忽略面元和体元尺度范围内传播效应。 ——混响是一个复杂过程，受多种因素的影响，上述假设忽略 某些次要因素，只考虑主要因素，但所得理论分析结果仍具有 普遍指导意义。
的指向性为b,。
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （1）单位距离处发射换能器轴向声强为I0，则在空间 ( ,) 方 向上的声强为 I0b(,) ；
6.2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （2）考虑 ( ,) 方向上r处有一体积为dV的体积散射体，假设 遵循球面波衰减规律， 则dV处的入射声强度为 I0b(,)/r2 ；
6.1 海洋混响基本概念
3、等效平面波混响级
由发射信号本身特性和海中散射体分布等原因，混响声场不 是各向同性的；
在混响为主要背景干扰情况下，等效平面波混响级RL度量混
响干扰的大小，声呐方程中用RL替代NL-DI项。
等效平面波混响级：若接收器接收来自声轴方向入射的强度为
I平面波，其输出端开路电压为V；如将接收器放置在混响声场
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （3）根据散射强度定义，则可得在返回声源方向单位距离处
的散射声强度为 I0 b (, )/r2S V dV ； SV Isca/tIinc
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （4）在入射声波作用下，由dV产生的返回声源处的散射声强
以体积混响为例：
考虑收发合置情况，位于O点，发射脉冲宽度为；
根据球面扩展假设，该脉冲在海水中形成一个厚度为 c的扰
动球壳层；
发射脉冲结束后的 t / 2 时刻， 该扰动球的内外半径为：
r1 ct/2
r2c/t2c
C B A
r2
r0 O
c
r1
2
c
6.2 体积混响
1、对混响有贡献的区域
解释：
球壳内的散射体在 t / 2 时刻的散射波，不能在同一时刻传 到接收器。球壳内层半径为r1的A点脉冲后沿激发的散射波在 t / 2 时刻开始传向接收点；而半径为r0的B点，脉冲前沿在时刻
度为 I0b(,)SV dV /r4；
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （5）若接收器指向性为 b(,)（收发合置则有 b b ），则对
接收器输出端有贡献声强值为 I0b(,)b(,)SV d/V r4；
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： （6）散射体分布在整个空间中，单位体积中散射体足够多，
t/2 2 开始向接收点发出散射波，到达A点的时刻恰好也是
t / 2 ，它们可在t时刻同时到达接收点。
注意： 脉冲的前沿和后沿。位于r1和r0之间的散射体都和B点类似， 都会对t时刻的混响有贡献； 上述推导也适用于海面和海底混响，圆环替代球壳。
6.2 体积混响
2、体积混响理论
体积混响的等效平面波混响级： 假设海水介质中均匀分布着大量的散射体，指向性发射器
第6章-海洋中的混响..
6.1 海洋混响基本概念
混响产生：是由海洋中大量无规散射体对入射声信号 产生的散射波在接收点叠加而形成的，它是一个无规的 随机过程。
混响特点：伴随声呐发射信号而产生的，它与发射信 号特性密切相关，而且还与传播声信道特性有关。
混响研究： （1）平均特性：从能量观点出发，研究混响平均强度所 遵循的规律；
（2）统计特性：混响是一个随机过程，研究其概率分布、 时空相关特性、空间指向性和频谱特性等统计特性。
6.1 海洋混响基本概念
1、混响的分类
（1）海洋中散射体 海洋生物、泥沙粒子、气泡、水团等，不平整海面和海底； 构成实际海洋的不均匀性，形成介质物理特性的不连续性。 （2）混响声信号 声呐发射声信号在介质中传播过程中，遇到不均匀介质，产 生散射声场。 海洋中的不均匀性是大量的，它们的散射波在接收点上的总 和形成该点的混响。 混响信号紧跟在发射信号之后，它像一阵长的、随时间缓慢 衰减的颤动声响。
强度与入射平面波强度比值的分贝数。
Ssv
10lg
Is Ii
式中，Is是在远场测量后再归算到单位距离处。
散射强度和目标强度是类似的概念，利用散射强度可计算各
类混响等效平面波混响级或混响预报。
通常体积混响的反向散射强度值为-70dB~-100dB，远小于海 面和海底的反向散射强度值，而海底散射强度值远高于海面。