海洋所在北太平洋水聲信道特性研究中取得進(jìn)展
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所邊緣海動(dòng)力過(guò)程研究組在北太平洋水聲信道特性研究方面取得關(guān)鍵進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際水聲領(lǐng)域期刊The Journal of the Acoustical Society of America。
復(fù)雜的聲場(chǎng)環(huán)境與動(dòng)態(tài)多變的信道特征是制約水聲技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。次表層聲道能夠限制聲能的垂向擴(kuò)散,支持中低頻聲波實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播,且其內(nèi)部聲信號(hào)不易受到風(fēng)、浪擾動(dòng)及海洋邊界反射的影響,這種穩(wěn)定的聲傳播環(huán)境具有十分重要的科學(xué)意義。北太平洋獨(dú)特的水文環(huán)境為次表層聲道的形成提供了天然背景,然而以往研究多聚焦于局部海域(如波弗特海),缺乏對(duì)北太平洋全海域次表層聲道的系統(tǒng)性認(rèn)知。
本研究建立了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的聲道結(jié)構(gòu)分類方法,首次系統(tǒng)分析了北太平洋次表層聲道的分布特征、動(dòng)力機(jī)制及頻率依賴特性。研究揭示了北太平洋次表層聲道的空間分布,指出亞極地鋒面是次表層聲道分布的關(guān)鍵邊界,亞極地西邊界區(qū)域是北太平洋次表層聲道最穩(wěn)定的區(qū)域。分析了不同類型次表層聲道的形成機(jī)制,發(fā)現(xiàn)聲道的形成與逆溫層、水團(tuán)混合、模態(tài)水形成等過(guò)程密切相關(guān)。明確了不同類型聲道在中低頻段的聲傳播特性與臨界頻率,例如雙聲道環(huán)境(表面聲道與次表層聲道共存)主要存在于鋒面以北的冬春季節(jié),而模態(tài)水聲道集中于春末夏初,這表明通信系統(tǒng)需準(zhǔn)確把握窗口期。同時(shí),不同類型次表層聲道存在特定臨界頻率,低于該頻率聲信號(hào)在聲道內(nèi)無(wú)法有效傳播,而過(guò)高頻率則會(huì)受到介質(zhì)吸收限制。這些發(fā)現(xiàn)為水下通信的應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化和頻段選擇提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

圖1 北太平洋次表層聲道發(fā)生概率

圖2 聲道參數(shù)分布
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士后徐安琪,通訊作者為于非研究員,合作者還包括南峰研究員和刁新源研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中國(guó)博士后基金項(xiàng)目的支持。
文章信息:
Anqi Xu, Fei Yu*, Feng Nan, Xinyuan Diao. Different types of subsurface acoustic ducts in the North Pacific.?The Journal of the Acoustical Society of America.?158.4 (2025): 3048-3062.?https://doi.org/10.1121/10.0039545
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