沿海三维声层析研究

Compared with the conventional methods of velocity and temperature measurement in China's coastal, the coastal acoustic tomography (CAT) technique, which can deploy on the periphery of the observation area, aims to long-term、continuously、simultaneous monitor three-dimensional velocity and temperature field in a large-scale coastal region without disturbing busy fishing activity and ship transportation. The practical application of CAT has great potential advantages and prospects. .This project on CAT is studying the three-dimensional inversion method of velocity and temperature measurement in coastal seas..The main contents are the following: to elucidate the relationship between multi-path propagation and multi-peak signal using simulated and observed acoustic signals, to build a vertical inversion model in coastal seas; to perform vertical and horizontal reconstruction in succession using regularized inversion and damping least squares method, to establish three-dimensional inverse theoretical model; to extract variation patterns of velocity and temperature using empirical orthogonal function method, and to add the bottom and coastline boundary conditions, to study three-dimensional inversion model under the constraint conditions; to conduct CAT field experiment, to compare with the conventional measurement to analyze the errors of inversion model, and to feedback and optimize the three-dimensional inversion model..The ultimate goal is to establish a suitable three-dimensional inversion model for velocity and temperature in actual coastal environments, which will provide the necessary support and services for maritime monitoring and research in China.

在我国沿海，流速和温度的常规观测会受到渔业以及船舶交通的影响，而沿海声层析能够布放在观测区域外围，对沿海区域的流速和温度进行长期、连续、同步的大面积观测，具有潜在的优势和应用前景。本项目研究沿海流场和温度场的三维层析反演模型。.主要研究内容：通过模拟仿真和实际观测的声信号，明确沿海多途传播声线和多峰值声信号之间的关系，建立沿海垂直二维层析反演模型；利用正则化和阻尼最小二乘法的反演方法对三维观测区域先后进行垂直和水平层析，建立三维层析的反演理论模型；利用经验正交函数法提取流速和温度的变化规律，增加海底和海岸线边界条件，研究约束条件下的三维层析反演模型；通过现场声层析的比对实验结果，分析反演模型的误差，进而对三维层析反演模型进行反馈和优化。.最终目的是建立一套适用我国沿海流场、温度场的三维层析反演模型，为我国的海洋监测和海洋研究提供必要的支撑和服务。

在我国沿海，流速和温度的常规观测会受到渔业以及船舶交通的影响，而沿海声层析能够布放在观测区域外围，对沿海区域的流速和温度进行长期、连续、同步的大面积、实时观测，具有潜在的优势和应用前景。本项目明确了沿海区域多途传输的声线与多峰值声信号之间的关系，对观测区域进行垂向的离散化分析，建立了垂直二维层析的反演模型，并结合水平层析和垂直层析的关系，建立了沿海流场和温度场的三维层析的反演模型，并在沿海区域进行现场声层析的比对实验，分析反演模型的误差，进而对三维层析反演模型进行反馈和优化，初步的进行了验证。项目组在大连湾对观测数据进行水平层析，利用实际观测数据讨论声线的空间分辨率对流场水平反演精度的影响，优化并反馈反演模型，并为今后的实验设计提供参考；在日本广岛湾实验中，明确多途传播声线和多峰值声信号之间的关系，并利用垂向不同路径的声线进行分析应用；在三门湾实验中，发挥了沿海声层析和三角网格模式的优势，获取更加精确和精细的近岸流场，并分析得到表中底层的流场三维空间分布;在印尼巴厘海峡和龙目海峡实验中，通过对声传播时间的多峰值进行分析，应用正则化的垂直层析方法，重现观测期间流速和温度的垂直分布。最近项目组已经在长江进行了长期、实时的监测应用，希望声层析的观测方法在工程方面得到更多的应用，为我国的沿海监测和研究提供必要的支撑和服务。