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有关空气声源激发水下声场的研究主要基于两方面的需求:一是反潜飞机的迅速发展使得潜艇隐蔽性受到威胁，如何依靠水下对空探测系统及时地发现反潜飞机成为潜艇迫切需要解决的问题。二是各种飞行器产生的噪声污染日益严重，海洋生物的健康和活动受到极大的影响。要解决这些问题，首先就需要对空气中声波透射入水的物理规律进行深入探究。 目前空气中声源激发水下声场的计算模型主要针对海面平坦的情况，而实际海面往往是起伏的，因此有必要研究粗糙海面条件下空气中声源激发水下声场的理论预报方法。已有的对粗糙海面条件下空气中声源激发水下声场的相关研究主要采用耦合简正波方法，计算速度慢。为此，本论文提出了一种基于波数积分方法和微扰法的声场计算方法——自洽微扰法。该方法将声场分为平均声场和散射声场，平均声场采用波数积分模型OAST计算，散射声场采用自洽微扰法计算。该方法物理意义明晰，计算量较小，可以很容易地利用现有模型进行改进。 现有粗糙海面条件下空气中声源激发水下声场的特性研究表明，相比较平整海面水下声场，海面风浪将使水下接收声场的平均声压下降、均方声压增加，而且随着海面起伏由小变大，水下接收声场受到的影响变大。本论文利用自洽微扰法，通过数值仿真，研究了粗糙海面条件下的空气中声源激发水下声场的传播特性。结果表明:海面波浪将引起声压传播损失的明显起伏，且随着风速、声源频率和传播距离的增加，声压传播损失的变化范围将增大。统计分析表明，相对于无波浪时声压传播损失，粗糙海面会引起平均声压减小以及均方声压增大，且风速越大、声源频率越高，减小或增大的差值越明显。总体上看，风速越大或声源频率越高，海面波浪对水下声场的影响越大。 本论文利用自洽微扰法，通过理论分析和数值仿真，还研究了声源高度对水下声场分布的影响。研究表明，海面平整时，空气中声源高度的增大会引起声源正下方区域水下声场的减小，而对远场处水下声场的强弱影响不大。当海面粗糙时，随着空气中声源高度的增加，水下声场受粗糙界面的影响越小;而均方声压传播损失变化很小，即统计意义上的声能量，与声源高度近似无关。 2013年3月中国科学院声学研究所在南海海域进行了一次空气中声源激发水下声场实验，采用发射倍频信号的大功率汽笛作为空气声源，布放在海底的水平阵作为水下接收，成功地接收到了最远达9.8 km处发射的声信号。本文对实验中获取的声传播数据进行分析，通过对发射/接收信号逐一进行频率分析、幅度补偿，获取了频率分别为128 Hz、256 Hz，收发距离2.3～9.8 km的声压传播损失曲线，观察到在近似单频条件下，声压传播损失曲线随传播距离变化存在较强的震荡结构。利用波数积分方法（OAST程序）对实验环境下的声场进行理论分析，结果显示空气中声源激发水下声场的声传播损失实验值和理论值符合较好，且随传播距离变化的震荡结构一致。 对同一海上实验数据进行分析，获得了声源频率128 Hz、收发距离不同时，水下声场的水平纵向相关系数，观察到水平纵向相关系数随着水平纵向距离的增大呈震荡变化。为了对其进行理论分析，本论文基于简正波模型推导了空气中声源激发水下声场的水平纵向相关表达式，经过理论分析和数值计算，理论预报的水平纵向相关系数变化曲线与实验结果符合较好。 论文最后尝试了利用空气中声源激发水下声场的声压传播损失曲线来反演海底声学参数，对不同海底参数——海底声速、密度和衰减系数进行灵敏度分析，然后根据灵敏度的不同，采用分步反演的方法反演出海底声学参数。同时利用实验获取的水平纵向相关系数对反演获得的海底声学参数进行检验。