大洋聲道

聲波在水下某深度傳播時，傳播距離劇增，甚至可比常規傳播距離大幾百倍的水層。這種現象是第二次世界大戰期間美國人W.M.尤因下和J.沃澤爾，蘇聯科學家拉津貝格等先後在大西洋和太平洋利用水爆炸進行水聲實驗時發現的。

基本介紹

• 中文名：大洋聲道
• 時期：第二次世界大戰期間
• 發現者：W.M.尤因下和J.沃澤爾
• 又名：聲發聲道

簡介

用射線聲學的觀點，很容易解釋出現超遠傳播的原因。由於大洋中各層海水的溫度、鹽度和流體靜壓力不同，聲波在各水層中的傳播速度也不同。聲速隨深度的變化曲線c(z)（見海洋中的聲速）在水下某處有一極小值（圖1），通常將聲速極小值所在的水層稱為聲道軸，a，b為不同類型的水下聲道。若聲源位於聲道軸附近，則所輻射的大部分聲波的能量集中在從海面至與海面聲速同值的平面間的厚水層中，此水層稱為水下聲道。尤因等人在1948年發表了大西洋水下聲道聲線圖（圖2）。可以看出，聲道軸上下方的聲速梯度的方向相反。按折射定律，聲道軸附近的聲源輻射的聲線，必然向聲道軸彎曲。這樣一來，大多數聲線不經過海底和海面的反射而在水層中反轉傳播，使多數能量保留在聲道軸上下相當厚的水層中。低頻的聲波，在聲道中傳播得最遠。這種深海聲道，又稱為聲發聲道。

水下聲道軸的深度

一般為900～1300米,但熱帶某些海域的聲道軸，卻可深達2000米，而溫帶海域的聲道軸則隨緯度的增加而上升，可升到200～500米深處。在地球兩極地區的海域，聲道軸位於海面附近。有些海區的聲道軸處於深度為60～100米處,稱為表面聲道。還有一些海區，例如黑海和波羅的海，存在兩個聲道：表面聲道和水下聲道。表面聲道的出現，是由於溫躍層下部存在一個暖水團。從海面向下，海水溫度先隨深度的增加而降低，但到暖水團處，溫度轉而升高。由於溫度對聲速的影響，在原有的聲速最小值的上方，又產生一個聲速最小值。表面聲道通常是不穩定的，由於表面波浪和表層中的大量氣泡，也會引起聲的散射，故聲道效應較差。

寒帶海區有穩定的表面聲道（圖3）,熱帶、溫帶海區由於風浪攪拌,出現幾十米到100米厚的等溫層,其聲速具有每米0.016米/秒的正梯度，形成了混合層聲道。這也是一種表面聲道。混合層聲道的厚度受季節影響較大，有較高的截止頻率。頻率低於截止頻率時，就沒有明顯的聲道效應。

聲焦散線

在聲道中，相鄰幾條聲線相交而形成的包絡，稱為聲焦散線，是局部的聲聚焦區。當聲源接近海面時，此焦散線和海面相交，使一定深度的水層中出現高聲強級區，稱為聲會聚區。在此區域內，信號失真，並具有較強的多途相干性；兩會聚區之間，是海底反射聲線構成的低聲強級區。這兩種區域交替出現。會聚區的寬度隨距離的增加而加寬，隨聲源所在處深度的增加而發生遷移和分裂（圖4）。在距離聲源較近處，平均聲強按球面規律隨距離而衰減；在遠離聲源的地方，平均聲強則按柱面規律衰減。在球面衰減區域和柱面衰減區域之間，有一個過渡衰減區，其中聲的衰減規律相當複雜。

影響

利用聲波在聲道中超遠傳播的特點，在大洋中幾個島嶼上建立聲發系統，當遇難船隻或墜海飛行員投擲少量炸藥包在水下爆炸時，位於數千公里外的聲發站便可接收到爆炸信號,根據信號到達3個（或數個）接收站的時間差,可確定爆炸點的位置,而找到被營救的目標。此外，聲發系統還可預報海嘯引起的毀滅性巨浪。若在大洋中布設幾個接收點，並精確測量爆炸聲沿深海聲道軸傳播的時間，還可測定距離或確定飛彈濺落的位置。