《水声学》课程教学资源（PPT课件）第4章 典型传播条件下的声场（4/4）

第4章#典型传播条件下的声场第十三讲深海负梯度和深海负跃层以及均匀浅海声场

第4章 典型传播条件下的 声场 第十三讲 深海负梯度和深海负跃 层以及均匀浅海声场

本讲主要内容深海负梯度深海负跃层浅海平均声强硬底、声速均匀浅海海底有吸收的均匀浅海3/2次方衰减律的适用距离口r>rm时的声强衰减规律

2 本讲主要内容 ◼ 深海负梯度 ◼ 深海负跃层 ◼ 浅海平均声强 ❑ 硬底、声速均匀浅海 ❑ 海底有吸收的均匀浅海 ❑ 3/2次方衰减律的适用距离 ❑ r  r m 时的声强衰减规律

本讲主要内容口传播损失传播损失的分段表示浅海传播的Mash和Schulkin半经验公式浅海声场的虚源表示式从虚源表示式求传播损失

3 本讲主要内容 ❑ 传播损失 ◼ 传播损失的分段表示 ◼ 浅海传播的Mash和Schulkin半经验公式 ❑ 浅海声场的虚源表示式 ❑ 从虚源表示式求传播损失

深海负梯度深海负梯度特点从声源发出的声线向海底折射，不再反转回声源所在的水平面上，与前面介绍的波导传播情况相反，故称为反波导传播r反波导传播声线

4 ◼ 深海负梯度 ❑ 深海负梯度特点 ◼ 从声源发出的声线向海底折射，不再反转回声源 所在的水平面上，与前面介绍的波导传播情况相 反，故称为反波导传播 反波导传播声线 z c 1 z z 1r 2r

深海负梯度存在一条与海面相切的极限声线在极限声线以内为声亮区在极限声线以外为声影区（直射声无法达到的）口几何作用距离定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离问题：如何求解几何作用距离？

5 ◼ 深海负梯度 ◼ 存在一条与海面相切的极限声线 ◼ 在极限声线以内为声亮区 ◼ 在极限声线以外为声影区（直射声无法达到的） ❑ 几何作用距离 定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离 问题：如何求解几何作用距离？ z c 1 z z 1r 2r

深海负梯度设声速分布的相对声速梯度为a，则几何作用距离：() -(-=) + ()-(I-2D=r+r2由于 zi<<1/α，则有:2z12210a几何作用距离为：D=(/2z, +V22)/ Va注意：通常，声影区中不存在通常意义上的声线，可引入衍射声线的概念

6 ◼ 深海负梯度 设声速分布的相对声速梯度为a，则几何作用距离： 由于 ，则有： 几何作用距离为： 注意：通常，声影区中不存在通常意义上的声线，可 引入衍射声线的概念。 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 1        − −       +       − −      = + = z a a z a a D r r z1 1/ a a z r 1 1 2  a z r 2 2  D = ( 2z1 + 2z)/ a

深海负跃层口负跃层特点声速显著减小的水层。声线通过负跃层时，声线明显弯曲，声强减弱，对声纳作用距离影响很大口声道模型负跃层上方介质声速为，下方可，且介质声速为，负跃层较C2薄。Ci > C2问题：声线折射后，介质中的声强如何计算？

7 ◼ 深海负跃层 ❑ 负跃层特点 ◼ 声速显著减小的水层。声线通过负跃层时，声线 明显弯曲，声强减弱，对声纳作用距离影响很大。 ❑ 声道模型 负跃层上方介质声速为 ，下方 介质声速为 ，且 ，负跃层较 薄。 问题：声线折射后，介质中的声强如 何计算？ 1 c 2 c 1 2 c  c 1 c 2 c z

深海负跃层口传播损失HX0设声源位于层上方H，，则声波传播至层下方HH，处的水平距离r为H,H2A=tgxtgXoH,H2Orax求导得：20%0?x 0xosinsinXoX

8 ◼ 深海负跃层 ❑ 传播损失 设声源位于层上方 ， 则声波传播至层下方 处的水平距离 为 求导得： H1 H 2 r  tg H tg H r r r 2 0 1 = 1 + 2 = +           = − +   0 2 2 0 2 1 0 sin sin      r H H

深海负跃层由Snell定律：无法显示该图片。xcos XocOs XCiC2可得：ax=(c2 / c;)(sin Xo / sin )0%0所以:HOrH,c, sin Xo0xosin? XoC sin32

9 ◼ 深海负跃层 由Snell定律： 可得： 所以： 1 2 0 cos cos c c   =         = − +       3 1 2 2 0 0 2 1 0 sin sin sin c r H H c ( / )(sin /sin ) 2 1 0 0     = c c  

深海负跃层设声源单位立体角的辐射功率为W，根据射线声学的声强公式W cos Xo1arsin xdxWcos* Xo有:r2sin Xorisin x+rsin Xorsin x分析：要考虑负跃层对声传播的影响，只需考虑跃变层上下边界处的声强变化关系即可。10

10 ◼ 深海负跃层 设声源单位立体角的辐射功率为 ，根据射线 声学的声强公式 有： 分析：要考虑负跃层对声传播的影响，只需考虑跃变 层上下边界处的声强变化关系即可。         + =      sin sin sin sin cos 2 0 0 2 1 0 2 r r r r r W I    sin cos 0 0           = r r W I W