海洋声学数据同化关键问题研究

声场－海洋动力环境耦合研究是当前海洋声学研究的主要趋势之一。声学数据同化将水声测量与海洋物理动态模型有机地结合起来，在理论上将声场建模推向深入，在应用上既是海洋环境综合立体观测的一项重要技术，也是战区快速环境估算的一项核心内容。本项目研究海洋声学数据同化中的若干关键问题，包括针对若干典型水声测量系统的主要物理参量的优化环境参数表示、对声学测量有重要影响的环境变量的动力学建模、基于声波幅度与相位的全场动态数据融合技术以及相应的系统仿真与优化执行技术。在解决相关关键问题的基础上，本项目拟建立可长期维护和完善的开放式海洋声学数据同化仿真与测试系统，并利用仿真及实测数据进行持续的验证，在推进声场建模研究的同时为海洋环境观测、战区快速环境估算等实际应用打下理论和技术基础。

项目组开展了针对任务书各项研究内容的理论推导、仿真分析及实验验证工作，取得的主要成果如下：（1）从物理海洋及信号处理角度，开展了多种海洋动力过程的建模方法研究，将海洋动力过程建模在对声传播较为敏感的中小尺度上，包括针对特殊现象的浅海内波模型以及具有普适性的区域海洋模式系统（ROMS）；（2）结合声速剖面的优化表示，开展了声学数据同化算法研究，包括联合时间维度的四维声学数据动态融和方案研究，在建立状态空间模型基础上，提出了多种新的序贯滤波融合算法，并利用实验数据验证了新算法的有效性；（3）开发了集成各模块的数据同化软件系统，针对典型浅海区域初步建立了具有一定通用性的数据同化系统，结合现场测量部分数据和卫星遥感数据初步验证了系统的可行性和稳定性；（4）发表标注基金资助的期刊论文5篇，均被SCI收录，其中J. Acoust. Soc. Am.上发表2篇，IEEE Journal of Oceanic Engineering上发表1篇，Inverse Problems发表1篇；国际会议论文1篇，申请发明专利1项，培养研究生5名，博士后2名。