《海洋的声学特性》PPT课件
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–温盐深测量仪CTD— Conductivity, Temperature, Depth
–抛弃式温度测量仪 XBT ——eXpendable BathyThermograph
00:46
一、海水中的声速
2001年中美联合亚洲海水声实验
00:46
一、海水中的声速
2002年海上实验
00:46
一、海水中的声速
海洋中的声速c（m/s）随温度T（℃）、盐度 S（‰）、压力P（kg/cm2）的增大而增大。
经验公式是许多海上测量实验的总结得到的， 常用的经验公式为：
c 1449.22 cT cS cP cSTP
上式适用范围：-3℃<T<30℃、33‰<S<37‰
1.013 105 N / m2 1个大气压 P 980 105 N / m2
aT 4.21 0.074T m s C
aS 1.14
m
s
/
aP 0.175 m s atm
声速梯度 gc 4.21 0.074T gT 1.14gS 0.175gP
00:46
一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： 温度分布“三层结构”： （1）表面层（表面等温 层或混合层）：
00:46
一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 浅海声速剖面：
浅海声速剖面分 布具有明显的季节特 征。在冬季，大多属 于等温层的声速剖面 ，夏季为负跃变层声 速梯度剖面。
00:46
一、海水中的声速
海水温度起伏变化
• 描述海洋声速变化粗略近似：将温度和声速看成不 随时间变化，只随深度变化； • 等温层是宏观而言，微观而言温度随时间起伏变化。 • 温度起伏在下午和靠近海面最大。 • 温度起伏原因多种多样：湍流、海面波浪、涡旋和 海中内波等因素。
00:46
一、海水中的声速
1、声速（ Sound Speed ）
海洋中的重要声学参数，也是海洋中声 传播的基本物理参数。
海洋中声波为弹性纵波，声速为： c 1
s
绝热压缩系数：s T，S，P cT，S，P
Temperature、Salinity、Pressure
00:46
一、海水中的声速
声速经验公式
一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： （3）主跃变层：
温度随深度巨变的层， 特征是负的温度梯度或负 声速梯度，季节对它的影 响微弱。
00:46
一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： （4）深海等温层：
在深海内部，水温 比较低而且稳定，特征是 正声速梯度。
在主跃变层（负）和深海 等温层（正）之间，有一 声速极小值—声道轴。
海洋表面受到阳 光照射，水温较高，但又 受到风雨搅拌作用。
00:46
一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： （2）季节跃变层：
在表面层之下，特征 是负温度梯度或负声速梯 度，此梯度随季节而异。
夏、秋季节，跃变层 明显；冬、春（北冰洋） 季节，跃变层与表面层合 并00:在46 一起。
00:46
一、海水中的声速
声速描述 在水声学中，经常将声速表示成为确定性的声速
垂直分布与随机不均匀声速起伏的线性组合：
c cz c
00:46
一、海水中的声速
声速垂直分布分类 深海声道声速分布：
特点：在某一深
度处有一声速最
00:46
一、海水中的声速
2、声速测量
声速仪是声学装置： •声循环原理工作：
前一个脉冲到达接 收器，触发后一个脉冲从 发射器发出，记录每秒钟
脉冲的发射次数f，发射 器和接收器的距离L已知
。
•00声:46 速：c=fL。
一、海水中的声速
2、声速测量
–声速剖面仪SVP—— Sound Velocity Profile
00:46
一、海水中的声速
乌德公式
c 1450 4.21T 0.037T 2 1.14S 35 0.175 P
P的单位是大气压。
00:46
一、海水中的声速
2、声速测量
测量仪器设备：温度深度记录仪和声速仪 。
温度深度记录仪： 通过热敏探头测量 水中温度，同时通 过压力传感器给出 深度信息，可以转 换给出声速。
2006年海上实验
00:46
一、海水中的声速
3、海洋中声速变化
海洋中声速的垂直分层性质 实测海洋等温线和等盐度线几乎是水平平行的
，也就是说，声速近似为水平分层变化。
cx , y , z cz
00:46
一、海水中的声速
声速梯度
声速梯度：
gc
dc dz
aT gT
aS gS
aP gP
根据乌德公式
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化： （1）季节变化：
百慕大海区温度随月份的变化情况，夏季既有表 面等温层，又有表面负梯度层；冬季有很深的表面混 合层。季节变化对海洋深处的温度影响较小。
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化： （2）日变化： •高风速：中午表面温 度受高风速的作用， 出现明显的混合层。 •低风速：表面呈现负 温度梯度，在早晨可 能出现正温度梯度。
海洋测绘研究生课程——第二讲
海洋的声学特性
阳凡林
山东科技大学测绘学院 海岛（礁）பைடு நூலகம்绘技术国家测绘局重点实验室
二○ 一一年三月二十八日
主要内容
本篇从声学角度讨论海洋、海洋的不均匀性和多变性，弄清声信号传播的环境， 有助于海中目标探测、声信号识别、通讯和环境监测等问题的解决。
➢海水中的声速 ➢海水中的声吸收 ➢海底声传播
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一、海水中的声速
声速经验公式
• 海水中盐度变化不大，典型值35‰； • 经常用深度替代静压力，每下降10m水深 近似增加1个大气压的压力； • 1℃＝（1oF-32）5/9。
00:46
一、海水中的声速
精确计算声速有什么意义？
声速的数值变化虽然微小，但它对长距离 传播声线的分布、射程、传播时间等量的影 响很大，因此需要有准确的声速数值。
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化：
温度的季节变化和日变化主要发生在海 洋上层。
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化： （３）纬度变化 • 在低纬度海域，主跃变 层的深度较深。 • 在高纬度海域，声速正 梯度一直延伸到接近海洋 表面。
–抛弃式温度测量仪 XBT ——eXpendable BathyThermograph
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一、海水中的声速
2001年中美联合亚洲海水声实验
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一、海水中的声速
2002年海上实验
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一、海水中的声速
海洋中的声速c（m/s）随温度T（℃）、盐度 S（‰）、压力P（kg/cm2）的增大而增大。
经验公式是许多海上测量实验的总结得到的， 常用的经验公式为：
c 1449.22 cT cS cP cSTP
上式适用范围：-3℃<T<30℃、33‰<S<37‰
1.013 105 N / m2 1个大气压 P 980 105 N / m2
aT 4.21 0.074T m s C
aS 1.14
m
s
/
aP 0.175 m s atm
声速梯度 gc 4.21 0.074T gT 1.14gS 0.175gP
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： 温度分布“三层结构”： （1）表面层（表面等温 层或混合层）：
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 浅海声速剖面：
浅海声速剖面分 布具有明显的季节特 征。在冬季，大多属 于等温层的声速剖面 ，夏季为负跃变层声 速梯度剖面。
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一、海水中的声速
海水温度起伏变化
• 描述海洋声速变化粗略近似：将温度和声速看成不 随时间变化，只随深度变化； • 等温层是宏观而言，微观而言温度随时间起伏变化。 • 温度起伏在下午和靠近海面最大。 • 温度起伏原因多种多样：湍流、海面波浪、涡旋和 海中内波等因素。
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一、海水中的声速
1、声速（ Sound Speed ）
海洋中的重要声学参数，也是海洋中声 传播的基本物理参数。
海洋中声波为弹性纵波，声速为： c 1
s
绝热压缩系数：s T，S，P cT，S，P
Temperature、Salinity、Pressure
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一、海水中的声速
声速经验公式
一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： （3）主跃变层：
温度随深度巨变的层， 特征是负的温度梯度或负 声速梯度，季节对它的影 响微弱。
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： （4）深海等温层：
在深海内部，水温 比较低而且稳定，特征是 正声速梯度。
在主跃变层（负）和深海 等温层（正）之间，有一 声速极小值—声道轴。
海洋表面受到阳 光照射，水温较高，但又 受到风雨搅拌作用。
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： （2）季节跃变层：
在表面层之下，特征 是负温度梯度或负声速梯 度，此梯度随季节而异。
夏、秋季节，跃变层 明显；冬、春（北冰洋） 季节，跃变层与表面层合 并00:在46 一起。
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一、海水中的声速
声速描述 在水声学中，经常将声速表示成为确定性的声速
垂直分布与随机不均匀声速起伏的线性组合：
c cz c
00:46
一、海水中的声速
声速垂直分布分类 深海声道声速分布：
特点：在某一深
度处有一声速最
00:46
一、海水中的声速
2、声速测量
声速仪是声学装置： •声循环原理工作：
前一个脉冲到达接 收器，触发后一个脉冲从 发射器发出，记录每秒钟
脉冲的发射次数f，发射 器和接收器的距离L已知
。
•00声:46 速：c=fL。
一、海水中的声速
2、声速测量
–声速剖面仪SVP—— Sound Velocity Profile
00:46
一、海水中的声速
乌德公式
c 1450 4.21T 0.037T 2 1.14S 35 0.175 P
P的单位是大气压。
00:46
一、海水中的声速
2、声速测量
测量仪器设备：温度深度记录仪和声速仪 。
温度深度记录仪： 通过热敏探头测量 水中温度，同时通 过压力传感器给出 深度信息，可以转 换给出声速。
2006年海上实验
00:46
一、海水中的声速
3、海洋中声速变化
海洋中声速的垂直分层性质 实测海洋等温线和等盐度线几乎是水平平行的
，也就是说，声速近似为水平分层变化。
cx , y , z cz
00:46
一、海水中的声速
声速梯度
声速梯度：
gc
dc dz
aT gT
aS gS
aP gP
根据乌德公式
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化： （1）季节变化：
百慕大海区温度随月份的变化情况，夏季既有表 面等温层，又有表面负梯度层；冬季有很深的表面混 合层。季节变化对海洋深处的温度影响较小。
00:46
一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化： （2）日变化： •高风速：中午表面温 度受高风速的作用， 出现明显的混合层。 •低风速：表面呈现负 温度梯度，在早晨可 能出现正温度梯度。
海洋测绘研究生课程——第二讲
海洋的声学特性
阳凡林
山东科技大学测绘学院 海岛（礁）பைடு நூலகம்绘技术国家测绘局重点实验室
二○ 一一年三月二十八日
主要内容
本篇从声学角度讨论海洋、海洋的不均匀性和多变性，弄清声信号传播的环境， 有助于海中目标探测、声信号识别、通讯和环境监测等问题的解决。
➢海水中的声速 ➢海水中的声吸收 ➢海底声传播
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一、海水中的声速
声速经验公式
• 海水中盐度变化不大，典型值35‰； • 经常用深度替代静压力，每下降10m水深 近似增加1个大气压的压力； • 1℃＝（1oF-32）5/9。
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一、海水中的声速
精确计算声速有什么意义？
声速的数值变化虽然微小，但它对长距离 传播声线的分布、射程、传播时间等量的影 响很大，因此需要有准确的声速数值。
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化：
温度的季节变化和日变化主要发生在海 洋上层。
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一、海水中的声速
海洋中声速的基本结构 温度的季节变化、日变化和纬度变化： （３）纬度变化 • 在低纬度海域，主跃变 层的深度较深。 • 在高纬度海域，声速正 梯度一直延伸到接近海洋 表面。