《水声学》课程教学资源（PPT课件）第2章 海洋的声学特性（2/2）

第2章海洋的声学特性第四讲海底海面声学特性和海洋内部不均匀性

第2章 海洋的声学特性 第四讲 海底海面声学特性和海 洋内部不均匀性

本讲主要内容海底声学特性（了解）海面声学特性（了解)海洋内部的不均匀性（了解）

2 本讲主要内容 ◼ 海底声学特性（了解） ◼ 海面声学特性（了解） ◼ 海洋内部的不均匀性（了解）

1、海底声学特性海底结构、地形和沉积层是影响声波传播的重要因素R规本位间：北210房靓领肉水子印角5皮投影光源才位：北150度重桌大购20你

3 1、海底声学特性 ◼ 海底结构、地形和沉积层是影响声波传播的重要因素

EastAsiaBathymetryMap海底对声波的吸收、散112'E116'E120'E124'E128'E射和反射等声学特性关系到水声设备作用距离的远近32'N32'N海底声波反射系数与海28'N28'N底地形有明显的依赖关系。高于几千赫频率的24'N24'N声波，海底粗糙度是影响声波反射的主要作用20'N20M反向散射强度(朝声源方向的声散射。）：单位BathvmetryMapCreatedbNationCenterforOceanResearct界面上单位立体角中所16'N16'NTaipef,TawanDate1999.05散射出去的功率与入射112'E116'E120'E124'E128'E波强度之比。-1000-6000-5000-4000-3000-2000

4 ◼ 海底对声波的吸收 、 散 射 和反射等声学特性关 系到水声设备作用距离 的远近 ◼ 海底声波反射系数与海 底地形有明显的依赖关 系。高于几千赫频率的 声波，海底粗糙度是影 响声波反射的主要作用 ◼ 反向散射强度 (朝声源方 向的声散射。) ：单位 界面上单位立体角中所 散射出去的功率与入射 波强度之比

深海平原海底反向散射强度与入射角的关系0口在小入射角时，散射-10强度随入射角增大而减小（14-20与频率一般无关-30口入射角>5度时，散射-03.5cos'e-40强度10lgms近似与 cos2-50l0501030602040成正比入射角（度）大入射角时，散射强度可能与频率的四次方成正比

5 ◼ 深海平原海底反向散射强度与入射角的关系 ❑ 在小入射角时，散射 强度随入射角增大而减小， 与频率一般无关 ❑ 入射角>5度时，散射 强度10lgms近似与 成正比 ❑ 大入射角时，散射强度可能与频率的四次方 成正比  2 cos

非常粗糙海底反向散射强度与入射角的关系口反向散射强度几乎与入射角无关口反向散射强度几乎与频率无关10（20303.52400301020405060入射角（度）

6 ◼ 非常粗糙海底反向散射强度与入射角的关系 ❑ 反向散射强度几乎与入射角无关 ❑ 反向散射强度几乎与频率无关

海底特性探测多波束侧扫声纳探测海底地形TowVehicleBoulderSandMudGravelDepressionBoulderPathShip'sGravel

7 ◼ 海底特性探测 ❑ 多波束侧扫声纳探测海底地形

海底沉积层描述：覆盖海底之上的一层非凝固态（处于液态和固态之间）的物质口声速：沉积层中有压缩波速度（声速）C和切变波速度C、两种。(dB/m)口衰减系数α= KfmK为常数；f为频率，单位kHz；m为指数，通常取1海底声反射损失口定义：反射声振幅相对入射声振幅减小的分贝数Pr = -20 lg|VBL = -20 lg p;8

8 ◼ 海底沉积层 ❑ 描述：覆盖海底之上的一层非凝固态（处于液态和 固态之间）的物质。 ❑ 声速：沉积层中有压缩波速度（声速） 和切变波 速度 两种。 ❑ 衰减系数（dB/m） K为常数；f为频率，单位kHz；m为指数，通常取1 ◼ 海底声反射损失 ❑ 定义：反射声振幅相对入射声振幅减小的分贝数 c s c m  = Kf V p p BL i r = −20lg = −20lg

海底反射系数模和反射损失BL值随掠射角的变化-0aa-o0BLα=0BLaO(a)rb低声速海底高声速海底

9 ❑ 海底反射系数模和反射损失BL值随掠射角的变化 高声速海底 低声速海底

深海实测的海底反射损失24925千棘32千棘16千赫208干蒸164千棘22千棘1千赫500赫250赫125栋0102030406050907080掠射角P（度）10

10 ❑ 深海实测的海底反射损失