北黄海高频内波影响下的声场空间干涉结构的频移规律研究

我国的北黄海海域，海深不过数10米，夏季具有特有的温跃层结构，其跃层厚度只有2到4米，但温差可高达15度。这样的条件导致夏季时该海域高频内波带有显著的地域特征，如振幅大、频率快、波长小，使海区声速出现快速的时变和空变特征，造成声场快速起伏和退相关。已有的研究多针对深海内波和浅海大陆架区的非线性内波（其尺度和周期较北黄海内波大很多），研究其对声传播的影响。而我国北黄海海域特有的高频内波对声传播的影响关注较少。在环境参数确定不变的波导中，海洋声场具有稳定的距离-频率干涉结构，即波导不变性。本项目将研究北黄海高频内波活动引起声场距离-频率干涉结构的频移变化，分析声场频移波动的统计分布与内波频率谱和空间分布的关联，从理论上推导声场频移波动与内波波动的关系式，给出高频内波下声场距离-频率干涉结构频移起伏的规律。为北黄海高频内波环境下的声场预报、声呐目标探测以及对内波的声学监测提供有效帮助。

在环境参数确定不变的波导中，海洋声场具有稳定的距离-频率干涉结构，也称为波导不变量。利用声场的距离-频率干涉结构进行目标测距、参数反演、相关性补偿等相比传统方法有非常大的优势，但是，海洋波导受到内波等中尺度现象的影响往往具有很强的时变性，这种时变性会引起声场干涉结构显著起伏，导致波导不变量成为“变化量”，对声场距离-频率干涉结构的实际应用带来很大困扰。本项目主要针对我国北黄海海特有的高频内波，研究其引起宽带声场空间干涉结构的频移起伏。在研究中，利用已有观测数据，给出了北黄海高频内波的频谱模型，推导了高频内波活动引起声场简正波水平波数差的变化，给出了声场干涉结构频移起伏与内波频谱特征的对应关系和适用条件，数值仿真了内波活动对波导不变量的影响。海上试验表明，试验数据的分析结果与理论模型预测非常一致。声场干涉结构起伏与高频内波频谱的对应关系和适用条件，为内波环境下声场空间干涉结构的应用研究提供了理论基础和模型参考，也为高频内波的声学反演提供了一种可能的方法。项目取得的成果为：声场干涉结构频移起伏与北黄海高频内波频谱特征的对应关系和适用条件。