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陆地、岛屿与大洋盆地之间的过渡海洋地带称之为过渡海域,大陆边缘、海峡、水道等地形均为典型的过渡海域。过渡海域在我国周边海域分布较广,海区地理位置具有十分重要的经济价值和军事意义。过渡海域海底地形随距离起伏变化,最为典型的是斜坡海底地形。与水平海底相比,具有斜坡海底地形的浅海过渡海域声场的传播规律及空间相关特性更加复杂,对水声设备的实际使用性能会产生强烈的影响。
本文通过理论分析、模型计算和实验数据处理相结合的方法,对过渡海域斜坡海底条件下的水声传播及其空间相关特性进行了研究。论文主要完成了以下工作:
(1)总结了过渡海域地形的基本结构和中国周边过渡海域地形特点。对水平变化环境声场数值预报的计算模型进行了分析,并利用声传播实验的数据对RAM模型进行了验证。
(2)以SMP集群计算机为基础,构建了基于MPI+OpenMP的声场并行计算平台,实现了对抛物方程计算模型RAM的并行计算编程。测试结果表明,该平台可获得较高的并行计算效率。
(3)分析了过渡海域斜坡对声传播的影响。通过对耦合简正波系数的推导,从理论上分析了在下坡和上坡传播时,相邻号简正波之间存在的能量转换关系。通过数值仿真计算,得到了海底斜坡对声场传播和匹配场定位影响的一些定性结果。
(4)通过数值模拟的方法,对过渡海域斜坡地形条件下的声场水平纵向相关性规律进行了研究,利用耦合简正波理论和楔形简正波理论对计算结果进行了分析与总结,从理论上给出了斜坡海底对声场水平纵向相关性的影响。
(5)对过渡海域斜坡地形条件下的声场垂直相关性进行了数值计算和理论分析。结合南海大陆架过渡海域进行的相关实验,对上坡条件下的声场垂直相关性进行了实验验证和分析,从理论和实验上分析了大陆架斜坡海域海底地形对垂直相关性的影响。