内波活动期海洋环境噪声场的时频空域特性

内波扰动可波及整个海深和百公里以上距离，改变了海水声速分布，导致噪声能量在时频空域上重新分配，显著改变海洋环境噪声的特性，加剧环境噪声场起伏，若水声探测仍基于不考虑内波影响的环境噪声背景，必将出现很大误差，乃至失败。本项目分析探讨浅海内波-海水声速分布变化规律，建立内波-三维声速场模型，并引用（或改进）三维或准三维声场理论和计算方法，进而构建浅海内波环境噪声数理模型，探索内波引起环境噪声时空变化的规律，优化算法，仿真计算内波条件下环境噪声深度分布和空间相关特性，为在内波活动频繁的海域中各类水声设备性能的最佳发挥，以及保障各种海上作业、海事活动的正常进行，提供必要的声学环境参数和物理依据。本项目将内波的海洋动力学原理、水声传播理论和统计声学方法等融合于三维海洋环境噪声建模中，突出内波的尺度范围和内波幅度对环境噪声的作用，是国内首次较全面地开展浅海内波对海洋环境噪声场时频空域特性影响的研究。

海洋环境噪声是水声探测的背景干扰，在存在内波的海洋中，环境噪声时空分布将与没有内波时差别明显，若水声探测仍停留在无内波海洋环境噪声模型，必将出现大的误差，甚或导致探测失败。为此，迫切需要深入研究内波活动期的海洋环境噪声场，将内波引起海洋声传播起伏和海洋环境噪声模型相结合研究，较为全面地探索存在内波海洋中环境噪声场特性及其与内波的内在联系。.　　本项目研究目标是分析探讨浅海内波引起的海洋声速分布变化规律，建立内波—三维声速场模型，改进三维声场理论和计算方法，进而构建浅海内波—环境噪声数理模型，仿真计算内波活动期海洋环境噪声的深度分布和垂直阵响应以及空间相关性，为在内波活动频繁的海域中各类水声设备性能的最佳发挥，以及保障各种海上作业、海事活动的正常进行，提供必要的声学环境参数和物理依据。此外，希望一定程度地促进三维环境噪声数理模型，以及内波--声学效应的研究。主要研究内容：浅海内波环境下声速剖面随距离变化（即三维声速场）模型；浅海内波环境噪声数理模型及数值计算；内波对海洋环境噪声深度分布、垂直阵响应和空间相关性的影响。.　　根据项目要求，项目组收集、查阅了大量资料，总结了浅海内波主要特征，构建了浅海内波—声速场模型，将其与三维海洋环境噪声模型相结合，分析了浅海内波对环境噪声场空间特性的影响。主要结论如下：.　　1）浅海线性内波可引起简正波耦合及局部简正波函数的变化，由于海面点源激发的高号简正波能量较强，能量易于由高号简正波耦合至低号，导致环境噪声阵响应凹槽变浅，环境噪声垂直相关系数过零点后移，相关性有所增强。.　　2）黄海线性内波幅度较小，对低频环境噪声水平相关性影响相对较弱。多波包强孤子内波群对仅考虑内波所在扇区环境噪声的水平相关影响较显著。.　　3）强孤子内波会导致强烈的简正波耦合，当单波包孤子内波位于接收阵近处时，由于距离孤子内波较远处噪声源较多，接收阵获取低号简正波能量减弱，致使环境噪声垂直阵响应水平凹槽变深；当多波包大尺度孤子内波群存在时，内波引起的局部简正波函数变化对环境噪声影响占主导地位。报告中初步理论分析表明：考虑孤子内波所在扇面环境噪声特性明显区别于其它不考虑或无内波扇区，这意味着即使海面噪声源水平均匀分布，存在孤子内波时，环境噪声特性将呈水平各向异性。浅海内波一定程度上改变了环境噪声在垂直和水平方向的空间结构。