浅海内波影响下的波导不变量变化特性分析

宋文华; 胡涛; 郭圣明; 马力

doi:10.7498/aps.63.194303

摘要

针对浅海内波引起波导不变量变化的问题，利用声场波导不变量的概率分布并结合声场简正波的理论，研究了内波活动下波导不变量的时变性，给出了波导不变量变化的机理和规律. 具体结论是，在负跃层波导中，声场的波导不变量的最大概率取值具有明显的频变特性. 内波环境下，当声传播方向与内波波阵面平行时，接收声场简正波的幅度变化不大，但是简正波的相慢度差和群慢度差的变化却能引起波导不变量最大概率取值的变化；而当声传播方向与内波波阵面垂直时，内波引起的简正波耦合同样会导致波导不变量的最大概率取值的明显变化.

关键词:

Abstract

To explain the change of the waveguide invariant β caused by the internal wave, the waveguide invariant is expressed as a stochastic distribution and the time-varying characteristics of β are analyzed; then the cause and principle of variation of β are discussed in terms of the normal modes theory of the acoustic field. It turns out that the waveguide invariant shows great frequency-dependent characteristics. And in the internal wave environment, when the sound is propagated parallel to the internal wave front, the sound field's composition of normal modes remains unchanged, but the turbulence in the group slowness and phase slowness of the main normal modes in the sound field may also change the distribution of β; when the sound is propagated perpendicular to the internal wave front, the coupling between acoustic normal modes might also cause obvious changes in the values of β.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院声学研究所, 北京 100190;

2.
中国科学院水声环境特性重点实验室, 北京 100190;

3.
中国科学院大学, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：11004214，11274338）和国家国防基金（批准号：9140A03050312ZK02039）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Acoustic, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

2.
Key Laboratory of Underwater Acoustic Environment, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

3.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11004214, 11274338), and the National Defense Foundation of China (Grant No. 9140A03050312ZK02039).

参考文献

[1]	Chuprov S D 1982 Ocean Acoustic: Current State, Ed. By Brekhovskikh L M and Andreevoi I B (Nauka, Moscow),71
[2]	Brekhovskikh L M, Lysanov Y P 1991 Fundamentals of Ocean Acoustics (2nd edition) (NewYork: Springer) pp140-145
[3]	Thode A M, Kuperman W A, D’Spain G L, Hodgkiss W S 2000 J. Acoust. Soc. Am. 107 278
[4]	Thode A M 2000 J. Acoust. Soc. Am. 108 1582
[5]	Zhao Z D, Wang N, Gao D Z, Wang H Z 2010 Chin. Phys. Lett. 27 064301
[6]	Turgut A, Orr M, Rouseff D 2010 J. Acoust. Soc. Am. 127 73
[7]	Li Q H, Wang L, Wei C H, Li Y, Ma X J, Yu H C 2011 Acta Acustica 36 253(in Chinese) [李启虎, 王磊, 卫翀华, 李嶷, 马雪洁, 于海春 2011 声学学报 36 253]
[8]	Yu Y, Hui J Y, Yin J W, Hui J, Wang Z J 2011 Acta Acustica 36 258(in Chinese) [余赟, 惠俊英, 殷敬伟, 惠娟, 王自娟 2011 声学学报 36 258]
[9]	Hailiang Tao, Jeffrey L. Krolik 2008 J. Acoust. Soc. Am. 123 1338
[10]	Lin W S, Liang G L, Fu J, Zhang G P 2013 Acta Phys. Sin. 62 144301(in Chinese) [林旺生, 梁国龙, 付进, 张光普 2013 物理学报 62 144301]
[11]	Lin W S, Liang G L, Wang Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 034306(in Chinese) [林旺生, 梁国龙, 王燕 2014 物理学报 63 034306]
[12]	Su X X, Zhang R H, Li F H 2006 Acta Acustica 31 305 (in Chinese) (in Chinese) [苏晓星, 张仁和, 李风华 2006 声学学报 31 305]
[13]	Wang N, Gao D Z, Wang H Z 2010 J. Harbin Eng. Univ. 31 825(in Chinese) [王宁, 高大治, 王好忠 2010 哈尔滨工程大学学报 31 825]
[14]	Heany K D 2004 IEEE-JOE 29 88
[15]	Ren Q Y, Hermand J P, Piao S C 2011 Proceedings of ICTCA 2011, Taipei
[16]	Gervaise C, Kinda B G., Bonnel J, Stephan Y, Vallez S 2012 J. Acoust. Soc. Am. 131 1999
[17]	Shang E C, Wu J R, Zhao Z D 2012 J. Acoust. Soc. Am. 131 3691
[18]	Shang E C, Wang D Z 2013 Underwater Acoustic (2nd Edition) (Beijing: Science Press) pp445 (in Chinese) [尚尔昌, 汪德昭2013水声学(第二版) (北京: 科学出版社) 445]
[19]	Rouseff D 2001 Waves Random Media 11 377
[20]	An L, Wang Z Q, Lu J R 2008 Acta Elec. Sin. 30 2930(in Chinese) [安良, 王志强, 陆佶人 2008 电子与信息学报 30 2930]
[21]	Tian L A, Liu F C, Zhou S H 2009 Acoustics and Electronics Engineering 96 22(in Chinese) [田玲爱, 刘福臣, 周士弘 2009 声学与电子工程 96 22]
[22]	Wang N, Zhang H Q, Wang H Z, Gao D Z 2010 Acta Acustica 35 38(in Chinese) [王宁, 张海青, 王好忠, 高大治 2010 声学学报 35 38]

施引文献

[1]	Chuprov S D 1982 Ocean Acoustic: Current State, Ed. By Brekhovskikh L M and Andreevoi I B (Nauka, Moscow),71
[2]	Brekhovskikh L M, Lysanov Y P 1991 Fundamentals of Ocean Acoustics (2nd edition) (NewYork: Springer) pp140-145
[3]	Thode A M, Kuperman W A, D’Spain G L, Hodgkiss W S 2000 J. Acoust. Soc. Am. 107 278
[4]	Thode A M 2000 J. Acoust. Soc. Am. 108 1582
[5]	Zhao Z D, Wang N, Gao D Z, Wang H Z 2010 Chin. Phys. Lett. 27 064301
[6]	Turgut A, Orr M, Rouseff D 2010 J. Acoust. Soc. Am. 127 73
[7]	Li Q H, Wang L, Wei C H, Li Y, Ma X J, Yu H C 2011 Acta Acustica 36 253(in Chinese) [李启虎, 王磊, 卫翀华, 李嶷, 马雪洁, 于海春 2011 声学学报 36 253]
[8]	Yu Y, Hui J Y, Yin J W, Hui J, Wang Z J 2011 Acta Acustica 36 258(in Chinese) [余赟, 惠俊英, 殷敬伟, 惠娟, 王自娟 2011 声学学报 36 258]
[9]	Hailiang Tao, Jeffrey L. Krolik 2008 J. Acoust. Soc. Am. 123 1338
[10]	Lin W S, Liang G L, Fu J, Zhang G P 2013 Acta Phys. Sin. 62 144301(in Chinese) [林旺生, 梁国龙, 付进, 张光普 2013 物理学报 62 144301]
[11]	Lin W S, Liang G L, Wang Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 034306(in Chinese) [林旺生, 梁国龙, 王燕 2014 物理学报 63 034306]
[12]	Su X X, Zhang R H, Li F H 2006 Acta Acustica 31 305 (in Chinese) (in Chinese) [苏晓星, 张仁和, 李风华 2006 声学学报 31 305]
[13]	Wang N, Gao D Z, Wang H Z 2010 J. Harbin Eng. Univ. 31 825(in Chinese) [王宁, 高大治, 王好忠 2010 哈尔滨工程大学学报 31 825]
[14]	Heany K D 2004 IEEE-JOE 29 88
[15]	Ren Q Y, Hermand J P, Piao S C 2011 Proceedings of ICTCA 2011, Taipei
[16]	Gervaise C, Kinda B G., Bonnel J, Stephan Y, Vallez S 2012 J. Acoust. Soc. Am. 131 1999
[17]	Shang E C, Wu J R, Zhao Z D 2012 J. Acoust. Soc. Am. 131 3691
[18]	Shang E C, Wang D Z 2013 Underwater Acoustic (2nd Edition) (Beijing: Science Press) pp445 (in Chinese) [尚尔昌, 汪德昭2013水声学(第二版) (北京: 科学出版社) 445]
[19]	Rouseff D 2001 Waves Random Media 11 377
[20]	An L, Wang Z Q, Lu J R 2008 Acta Elec. Sin. 30 2930(in Chinese) [安良, 王志强, 陆佶人 2008 电子与信息学报 30 2930]
[21]	Tian L A, Liu F C, Zhou S H 2009 Acoustics and Electronics Engineering 96 22(in Chinese) [田玲爱, 刘福臣, 周士弘 2009 声学与电子工程 96 22]
[22]	Wang N, Zhang H Q, Wang H Z, Gao D Z 2010 Acta Acustica 35 38(in Chinese) [王宁, 张海青, 王好忠, 高大治 2010 声学学报 35 38]

[1]	李永飞, 郭瑞明, 赵航芳. 浅海内波环境下声场干涉条纹的稀疏重建. 物理学报, 2023, 72(7): 074301. doi: 10.7498/aps.72.20221932
[2]	刘金河, 沈壮志, 林书玉. 机械搅拌对声空化动力学特性的影响. 物理学报, 2021, 70(22): 224301. doi: 10.7498/aps.70.20211244
[3]	屈广宁, 凡凤仙, 张斯宏, 苏明旭. 驻波声场中单分散细颗粒的相互作用特性. 物理学报, 2020, 69(6): 064704. doi: 10.7498/aps.69.20191681
[4]	陈科, 王宏伟, 盛立, 尤云祥. 拖曳体激发内波时空特性实验及其理论模型. 物理学报, 2018, 67(3): 034701. doi: 10.7498/aps.67.20170920
[5]	吴文华, 翟薇, 胡海豹, 魏炳波. 液体材料超声处理过程中声场和流场的分布规律研究. 物理学报, 2017, 66(19): 194303. doi: 10.7498/aps.66.194303
[6]	郭晓乐, 杨坤德, 马远良, 杨秋龙. 一种基于简正波模态消频散变换的声源距离深度估计方法. 物理学报, 2016, 65(21): 214302. doi: 10.7498/aps.65.214302
[7]	秦继兴, Katsnelson Boris, 彭朝晖, 李整林, 张仁和, 骆文于. 三维绝热简正波-抛物方程理论及应用. 物理学报, 2016, 65(3): 034301. doi: 10.7498/aps.65.034301
[8]	戚聿波, 周士弘, 张仁和, 任云. 一种基于β-warping变换算子的被动声源距离估计方法. 物理学报, 2015, 64(7): 074301. doi: 10.7498/aps.64.074301
[9]	赵福泽, 朱绍珍, 冯小辉, 杨院生. 高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场模拟. 物理学报, 2015, 64(14): 144302. doi: 10.7498/aps.64.144302
[10]	鹿力成, 马力. 基于Warping变换的波导时频分析. 物理学报, 2015, 64(2): 024305. doi: 10.7498/aps.64.024305
[11]	林旺生, 梁国龙, 王燕, 付进, 张光普. 运动目标辐射声场干涉结构映射域特征研究. 物理学报, 2014, 63(3): 034306. doi: 10.7498/aps.63.034306
[12]	林旺生, 梁国龙, 付进, 张光普. 浅海矢量声场干涉结构形成机理及试验研究. 物理学报, 2013, 62(14): 144301. doi: 10.7498/aps.62.144301
[13]	王晶, 马瑞玲, 王龙, 孟俊敏. 采用混合模型数值模拟从深海到浅海内波的传播. 物理学报, 2012, 61(6): 064701. doi: 10.7498/aps.61.064701
[14]	沈壮志, 吴胜举. 声场与电场作用下空化泡的动力学特性. 物理学报, 2012, 61(12): 124301. doi: 10.7498/aps.61.124301
[15]	余赟, 惠俊英, 陈阳, 惠娟, 殷敬伟. 基于时空滤波理论的低频声场干涉结构研究. 物理学报, 2012, 61(5): 054303. doi: 10.7498/aps.61.054303
[16]	孙芳, 曾周末, 王晓媛, 靳世久, 詹湘琳. 界面条件下线型超声相控阵声场特性研究. 物理学报, 2011, 60(9): 094301. doi: 10.7498/aps.60.094301
[17]	魏岗, 吴宁, 徐小辉, 苏晓冰, 尤云祥. 线性密度分层流体中半球体运动生成内波的实验研究. 物理学报, 2011, 60(4): 044704. doi: 10.7498/aps.60.044704
[18]	尤云祥, 赵先奇, 陈科, 魏岗. 有限深密度分层流体中运动物体生成内波的一种等效质量源方法. 物理学报, 2009, 58(10): 6750-6760. doi: 10.7498/aps.58.6750
[19]	汤立国, 许肖梅, 刘胜兴. 海底爆破辐射声场的理论及数值研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4251-4257. doi: 10.7498/aps.57.4251
[20]	陈小刚, 宋金宝, 孙群. 三层流体界面内波的二阶Stokes解. 物理学报, 2005, 54(12): 5699-5706. doi: 10.7498/aps.54.5699

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