海洋中的各類動力過程可引起聲速剖面的擾動,中尺度現(xiàn)象在其中扮演著重要角色。中尺度渦在海洋中廣為分布,占整個海洋中絕大多數(shù)海流動能。中尺度渦攜帶的冷、暖水團可顯著改變周圍海洋環(huán)境參數(shù)分布,引起聲速剖面的水平非均勻性,進而使得區(qū)域內(nèi)的聲傳播規(guī)律產(chǎn)生差異。以往國內(nèi)研究多數(shù)采用理想渦旋模型,而對應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)較少,無法進行對比驗證,缺少深入的機理分析。
針對上述問題,聲學所相關(guān)人員利用“實驗1”科考船在南海開展了南海中尺度渦環(huán)境下的聲傳播實驗,基于實測數(shù)據(jù)同化得到的重構(gòu)水文數(shù)據(jù),通過渦旋自動探測和追蹤方法,獲取暖渦擾動下隨時間變化的聲速場;將實驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果進行對比,分析南海暖渦引起的聲傳播特性差異;結(jié)合重構(gòu)水文數(shù)據(jù),分析第一會聚區(qū)附近暖渦狀態(tài)變化所導致的聲場起伏規(guī)律,并給出相應(yīng)的理論解釋。
實驗結(jié)果表明,隨著時間的推移,暖渦逐漸衰退,伴隨著大小和動能的減?。幌啾扔跓o渦旋環(huán)境,暖渦的存在使得聲線反轉(zhuǎn)深度加深,部分直達聲線與海底作用,導致了會聚區(qū)的減弱或消失以及海底聲反射區(qū)的出現(xiàn);第一會聚區(qū)處的直達聲路徑接收深度隨時間逐漸抬升,伴隨著高聲強區(qū)覆蓋深度和能量變化,該聲能量起伏與暖渦狀態(tài)變化一致。

?實驗區(qū)域內(nèi)不同時刻的渦旋探測結(jié)果(上半部分)和聲傳播測線上對應(yīng)的重構(gòu)聲速擾動(下半部分)

?聲傳播測線上不同環(huán)境下的聲傳播損失二維彩圖。(a) 暖渦環(huán)境實驗結(jié)果;(b) 暖渦環(huán)境仿真結(jié)果;(c) 無渦環(huán)境仿真結(jié)果

不同接收深度隨時間變化的脈沖到達結(jié)構(gòu)