Распространение и рассеяние низкочастотного звука на морском шельфе

• Автор: Кацнельсон, Борис Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 320 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. АКУСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЕЖОГО МОРЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ДЕТЕРМИНИРОВАННОЙ СРЕДЕ
1Л. Шельфовая зона океана. Характерные гидрологические условия
1.2. Поле точечного источника в слоистом волноводе с поглощающей границей
1.3. Взаимодействие мод в волноводе с малыми неоднородностями
1.4. Взаимодействие мод в мелком море с плавными неоднородностями
1.5. Горизонтальная рефракция в мелком море
1.6. Обобщенные моды нерегулярных волноводов
ГЛАВА 2. ЗАТУХАНИЕ ЗВУКА НА ПРОТЯЖЕННЫХ ТРАССАХ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МОРСКОГО ДНА ПО ДАННЫМ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
2.1 .Изменчивость поля на протяженных трассах и методы ее расчёта
2.2. Исследование «горизонтальной» интерференционной структуры
поля на протяженной трассе
2.3. Оценка параметров дна по частотной зависимости интенсивности поля
2.4. Влияние неровностей дна на затухание звука
ГЛАВА 3. ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ В МЕЖОМ МОРЕ СО СЛУЧАЙНЫМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ
3.1. Структура и модели случайных неоднородностей различной природы
3.2. Уравнения взаимодействия мод
2.3. Уравнения взаимодействия интенсивностей
3.4. Диффузионное уравнение. Усредненные законы спадания.
2.5. Некоторые примеры.
ГЛАВА 4. ШУМОВОЕ ПОЛЕ В МЕЖОМ МОРЕ
4.1. Модель источников поверхностного шума. Общие соотношения
4.2. О соотношении непрерывной и дискретной составляющих поля поверхностных источников шума в волноводе
4.3. Влияние частотной зависимости коэффициента донного поглощения
на спектр шумов
4.4. Вертикальная направленность шумового поля. Влияние случайных неоднородностей
4.5. Влияние профиля скорости звука на вертикальное распределение интенсивности шумового поля
ГЛАВА 5. РАССЕЯНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН НА СОСРЕДОТОЧЕННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЯХ В МЕЛКОВОДНЫХ ЗВУКОВЫХ КАНАЛАХ
5.1. Постановка задачи и общие соотношения
5.2 Рассеяние звукового поля жестким сфероидом в волноводе
5.3. Рассеяние звука на теле, расположенном вблизи границы волновода
5.4. О возможностях использования акустической дифракции в задачах мониторинга китообразных '
ГЛАВА 6. МЕЗОМАСШТАБНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ В МЕЖОМ МОРЕ И ИХ АКУСТИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ
6.1. Флуктуации скорости звука, обусловленные внутренними волнами
6.2.Акустические эффекты для НЧ звуковых сигналов, вызванные взаимодействием мод на нелинейных внутренних волнах в мелком море
6.3.Флуктуации интенсивности ВЧ акустических сигналов, пересекающих фронты движущихся нелинейных внутренних волн
6.4. Горизонтальная рефракция звука на мезомасштабных неоднородностях и ее экспериментальные наблюдения
6.5. Флуктуации поля в окрестности температурного фронта и переднего фронта внутренних в олн
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В диссертации представлены теоретические модели и методы, а также результаты расчетов на основе развитой теории для ряда экспериментов по распространению звука в океанических волноводах малой глубины, которые соответствуют, в основном, условиям морского шельфа. Данный раздел акустики океана получил в последнее время название акустики мелкого моря, и стал, по сути, отдельным разделом наук о Земле. Это произошло, во-первых, благодаря важности его для производственной деятельности человека, а также для экологии береговой зоны мирового океана. Ещё одна причина появления этого раздела связана со специфическими особенностями распространения звука на океаническом шельфе, которые, в свою очередь, повлекли за собой развитие теории распространения звука в мелководных волноводах, методики и техники натурного физического эксперимента, развитие вычислительных алгоритмов и средств обработки сигналов. Перечислим кратко эти особенности и вытекающие из них следствия.
Геоакустические свойства шельфовой зоны океана имеют некоторые специфические черты по сравнению с его глубоководной частью:
■ профиль скорости звука с(г) характеризуется большей частью монотонным поведением (функция с(г) имеет, как правило, положительный или отрицательный градиент в зависимости от времени года), что обеспечивает либо придонный, либо приповерхностный звуковой канал;
■ изменчивая в пространстве батиметрия (глубина океана), при этом изменение глубины (в большей или меньшей степени плавное) может быть сравнимо с ней самой;
■ сложная (возможно слоистая) структура дна, состоящего, как правило, из осадочных пород, поглощение в дне является значительным и зависит от частоты звука;
■ существенная пространственная анизотропия мезо-масштабных гидродинамических процессов (внутренних волн, приливов, фронтальных зон), связанная,

вещественной, то для собственных значений этого делать нельзя, так как величина поглощенной энергии звука растет с расстоянием экспоненциально. Величина ql оп ределяет волновой вектор отдельной нормальной моды, коэффициент у 1 называется модальным коэффициентом затухания. Соответственно фазовая и групповая скорости мод:
В задачах акустики мелкого моря, как правило, рассматривают звуковое поле на достаточно больших расстояниях от источника кг » 1. В этом случае мы можем в формуле (1.13) использовать для функций Ханкеля асимптотические выражения
Найдем, наконец, поле в волноводе р(г,г) создаваемое тональным источником, имеющим мощность Щ,. Это соответствует некоторой неединичной амплитуде А - множителю перед 5 -функцией в правой части (1.5) или перед Ж0(Я) в (1.6). Мы будем определять МОЩНОСТЬ источника (или СВЯЗЬ между ї¥0 и А) следую-
что среду в пределах этой области будем считать однородной (с = с(л0) = с0,р = р(л0) = р0) и пренебрежем влиянием границ волновода Зависящее от времени поле, генерируемое источником в этой окрестности есть АК¥0(Я)ехр(-т(). Вычисляя мощность, получим
Учитывая это обстоятельство и подставляя (1.18) в качестве множителя перед (1.13) и используя асимптотику (1.17) для функций Бесселя,, получим для поля источника мощности Т¥0 в волноводе выражение зависящего от времени давле ния Р(г,гр):
(1.16)
(1.17)
щим образом. Рассмотрим окрестность источника настолько малую (Я -» Я0),
А = ^8лр0с0Ж
(1.18)