浅海内波环境下声场时间相关特性

浅海内波是导致声场时间相关半径减小的一个重要原因.利用2015年南中国海声传播起伏实验,对比分析了线性内波以及孤立子内波环境下声场时间相关半径的统计特性.实验数据(175～225 Hz)表明,大振幅孤立子内波的存在极大地降低了声场的时间相关半径,声场时间相关半径从线性内波环境下的1～3 h,降低为孤立子内波环境下的小于...     

大陆坡内波环境中声传播模态耦合及强度起伏特征

大陆坡海域内波普遍存在,其陆坡地形和内波过程都会引起显著的声场起伏.已有研究工作主要关注内波或大陆坡单扰动因子对模态耦合和强度起伏的影响,少见将内波和海底地形起伏同时作为影响因子进行研究.文章考虑孤立子内波和海底地形对声传播的双重影响,首先构建海洋波导模型,然后基于简正波理论数值对比分析各波导模型条件下模态的耦合规律,进而研究声场强度起伏特性及其物理机理.研究结果表明,当声波朝向或远离内波中心传播时,模态耦合在内波与大陆坡的共同作用下出现耦合增强或衰减,高号模态耦合系数振荡;内波扰动的作用使得能量由低号模态耦合至高号模态,提高了声场强度衰减;斜坡的作用使得声波下坡传播时,波导模态数增加、模态强度衰减降低;大陆坡内波环境中的模态强度总和大于内波环境、小于大陆坡环境,且模态组间的能量转移比只有内波或者大陆坡时更强,高号模态从耦合中获得更多能量,使得跃层以上水层能量增强.     

南中国海海域存在孤立子内波条件下的声场统计特性

利用南中国海浅海海域低频声传播起伏实验中获取的水文数据,结合二维平流模型重构出声传播路径上的动态声速场,使用蒙特卡洛方法研究了有无孤立子内波经过时声传播路径上的声传播损失统计特性,并与实验结果进行了对比分析。仿真和实验结果表明:当孤立子内波经过声传播路径时,声传播损失起伏剧烈;与"下发上收"相比,"下发下收"情况下传播损失的概率分布更加分散。     

南海北部海域内波环境下声传播损失起伏统计特性

浅海内波会引起声传播能量随时间的起伏变化,进而影响水声设备的工作性能.本文利用2015年南海北部一次浅海声场起伏实验数据,对比分析了浅海线性内波和孤立子内波条件下的声传播损失统计特性.在孤立子内波条件下,声传播损失起伏明显加剧,可达11 dB,且分布明显展宽,相对于线性内波的环境,声传播损失起伏可增加5 dB.从简正波...     

浅海内波影响下的波导不变量变化特性分析

针对浅海内波引起波导不变量变化的问题,利用声场波导不变量的概率分布并结合声场简正波的理论,研究了内波活动下波导不变量的时变性,给出了波导不变量变化的机理和规律.具体结论是,在负跃层波导中,声场的波导不变量的最大概率取值具有明显的频变特性.内波环境下,当声传播方向与内波波阵面平行时,接收声场简正波的幅度变化不大,但是简正波的相慢度差和群慢度差的变化却能引起波导不变量最大概率取值的变化;而当声传播方向与内波波阵面垂直时,内波引起的简正波耦合同样会导致波导不变量的最大概率取值的明显变化.     

浅海孤子内波对水平纵向相关性的影响*

基于理论和模型仿真对孤子内波存在下的水平纵向相关系数的变化进行了研究。理论上推导出浅海孤子内波存在情况下的声场水平纵向相关系数随时间的变化规律,并且运用二维抛物方程模型（Ram）验证理论推导结果。结果表明,孤子内波会导致水声纵向相关系数的变化,并且水平纵向相关系数的变化是由于简正波的干涉所导致。我们给出特定环境下的水平纵向相关系数随时间变化的结果,当环境中第一、二号简正波占主导地位时,水平纵向相关系数会呈现出周期变化的结果。     

浅海内波环境下声场干涉条纹的稀疏重建

针对浅海内波引起的干涉条纹“扭曲”问题,利用耦合模理论,提出了一种声场干涉条纹的稀疏重建方法.该方法主要分为两个步骤:1)将干涉条纹近似为几组二维正弦的和,并用向量有限新息率方法重建; 2)根据耦合模理论,未耦合模对的二维频率不随内波位置变化,而耦合模对的频率随内波位置变化.因此,二维频率可以分为两部分:未耦合模对包含了波导的信息,可用于背景环境规则干涉条纹的重建和波导不变量的估计;耦合模对包含了内波的位置信息,可用于内波的追踪.仿真结果表明,本文方法在内波环境下能够提供有效的干涉条纹重建、波导不变量估计和内波的追踪.     

海洋内波对水下声场的影响

海洋内波是海水内部的波动之一,它与海洋表面的海浪运动有着非常不同的物理特征。海洋内波会引起海水温度剖面发生剧烈的波动,这种波动具有很强的方向性和时变性,对水下声传播影响巨大,并展现出一些很奇特的声波导效应(包括二维波导效应和三维波导效应),给水下目标的探测与定位以及水声通信等带来严重影响。海洋内波对声场的影响研究涉及到海洋动力学和水声学两个学科领域,文章重点介绍海洋内波对声场影响研究领域的相关进展,并对内波环境下典型声波导现象进行了讨论,最后对该领域未来的发展进行了总结和展望。     

水平不变浅海环境随机扰动对声传播的影响

本文主要讨论浅海水平不变波导中的低频声传播问题,为环境适配声纳设计奠定基础。通过仿真分析了海水及海底环境参数对传播损失的影响,根据仿真及实验结果,建立了声速剖面随机扰动及海面、海底起伏条件下的声强分布概率模型,并利用模型中的形状参数α和尺度参数β,提出了局部蒙特卡洛模拟加曲线拟合的声场敏感性分析方法。仿真及实验结果表明声场传播损失服从伽马分布,良好水文条件下10 km距离的声场能量起伏也达到10 d B,随着距离增加,声场敏感性增加。本文所提出方法通过对近场声场的测量和统计实现对远场声场敏感性的预报,与全声场蒙特卡洛模拟相比计算量减小一个数量级。     

在具有强非线性效应的离子晶体中光脉冲传播的孤立子特性

从理论上研究了原胞内存在强离子间非线性相互作用的离子晶体,得出光脉冲在其中的传播具有孤立子特性,并分析了当非线性系数g分别为大于0与小于0时形成的亮孤立子与暗孤立子的具体特征.研究表明,不论非线性系数g取正值还是负值,在纵光学模声子频率ωLO以上频区,光脉冲可形成亮孤立子,在g>0时,在横光学模频率ωTO以下频区可形成暗孤立子;值得注意的是在ωTO—ωLO区间,光脉冲可形成超前型暗孤立子;在g<0时,从ωTO往下临近ωTO有一个由超前型亮孤立子向推迟型暗孤立子的转变区 关键词： 孤立子 极化激元 光脉冲     

浅海内孤立波动态传播过程中声波模态强度起伏规律

内孤立波是一种常见于浅海海域的非线性内波,具有振幅大、周期短和流速强等特点,它通过扰动水体中的温盐分布使声速剖面产生明显的距离依赖性,进而影响水下声传播特性.内波自生成后通常以1 m/s量级的速度传播,运动的内波使声传播路径上的声波模态能量在空间和时间上剧烈起伏.本文定义模态强度为模态系数模值(模态幅度)的平方,并用其衡量各阶模态所含声能量的大小.文中基于耦合简正波理论,推导了内波运动时声波模态强度起伏的表达式,将模态强度表征为振荡项和趋势项的线性叠加.以往的工作大多局限于单独从时域或频域研究内波运动时声波模态强度的时变规律,本文则结合短时傅里叶变换在时频平面上揭示了模态强度的起伏机理.理论推导和数值仿真均表明内孤立波使各阶声波模态之间发生能量交换,即模态耦合.内波的动态传播进一步引起模态干涉,这种干涉效应表现为模态强度中的振荡项并使模态强度随时间快速起伏.受模态剥离效应(不同阶模态之间衰减系数的差异)的影响,趋势项的幅度随时间不断变化,进而对模态干涉引起的振荡叠加了时变的偏置.模态强度的整体走势和振荡项中各频率分量振幅的时变特征均与模态衰减密切相关.同时,本文使用深度积分声强作为总接...     

内孤立波沿缓坡地形传播特性的实验研究

以南中国海东北部海域底部缓坡地形为背景, 在大型重力式分层流水槽中模拟了下凹型内孤立波沿缓坡地形传播过程中的浅化、破碎、分裂等现象, 利用分层染色标识方法和多点组合探头阵列技术对内孤立波沿缓坡地形演化特征进行了定性分析和定量测量. 实验表明: 浅化效应使内孤立波传播速度减小, 对大振幅内孤立波具有抑制作用, 对小振幅波具有放大效应; 浅化效应可导致内孤立波的剪切失稳及破碎, 还可导致大振幅内孤立波的分裂. 利用Miles稳定性理论可定性描述内孤立波沿缓坡地形传播时发生不稳定状态的位置, 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 分层流 缓坡地形 内孤立波 不稳定性     

The propagation of solitary waves in clouds of Bose--Einstein condensed atoms

The Gross--Pitaevskii equation which describes the motion of a Bose--Einstein condensed (BEC) atom in an elongated trap is solved analytically, and a solitary-wave solution is obtained in the low-density case without neglecting the effect of the interatomic interaction on the transverse function. It is shown that this effect leads to the velocity of the solitary wave slowing down and the profile of the solitary wave widening.     

孤立波在一维复合颗粒链中传播特性的模拟研究

采用分子动力学方法模拟研究了孤立波在重轻颗粒相间排列的一维复合颗粒链中的传播特性.结果发现,在轻重颗粒的质量比较大或较小时,散射作用较弱,颗粒的速度和孤立波的速度衰减较慢.在轻重颗粒的质量比为中等时,散射作用较强,颗粒的速度和孤立波的速度衰减较快.孤立波在通过重-轻颗粒界面时,存在有增速效应,可以提高孤立波的传播速度.并且,轻重颗粒的质量比越小增速效应越强.在散射作用和增速效应的共同作用下,改变轻重颗粒的质量比可以调控孤立波在重-轻颗粒链中的传播时间.     

浅海起伏海面下气泡层对声传播的影响

分析了起伏海面下风浪引起的气泡层对海面反射损失和对声传播的影响.一方面,气泡层会改变原来水中的声速剖面;另一方面,气泡层会对声波产生散射和吸收作用.考虑以上两方面的因素,分析了不同风速下气泡层对海面反射损失和声传播损失的影响,仿真发现,在风速大于10 m/s时,对于2 k Hz以上频率时气泡层对小掠射角下海面反射损失的影响不可忽视.在给定的水声环境中,当声源深度和接收深度都为7 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到8.1 d B.当声源深度和接收深度都为18 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到4 d B.     

Allowable propagation of short pulse laser beam in a plasma channel and electromagnetic solitary waves

Nonparaxial and nonlinear propagation of a short intense laser beam in a parabolic plasma channel is analyzed by means of the variational method and nonlinear dynamics. The beam propagation properties are classified by five kinds of behaviors. In particularly, the electromagnetic solitary wave for finite pulse laser is found beside the other four propagation cases including beam periodically oscillating with defocussing and focusing amplitude, constant spot size, beam catastrophic focusing. It is also found that the laser pulse can be allowed to propagate in the plasma channel only when a certain relation for laser parameters and plasma channel parameters is satisfied. For the solitary wave, it may provide an effective way to obtain ultra-short laser pulse.     

Large-eddy simulation of the generation and propagation of internal solitary waves

A modified large-eddy simulation model,the dynamic coherent eddy model(DCEM)is employed to simulate the generation and propagation of internal solitary waves(ISWs)of both depression and elevation type,with wave amplitudes ranging from small,medium to large scales.The simulation results agree well with the existing experimental data.The generation process of ISWs is successfully captured by the DCEM method.Shear instabilities and diapycnal mixing in the initial wave generation phase are observed.The dissipation rate is not equal at different locations of an ISW.ISW-induced velocity field is analyzed in the present study.The structure of the bottom boundary layer(BBL)of internal wave packets is found to be different from that of a single ISW.A reverse boundary jet instead of a separation bubble exists behind the leading internal wave while separation bubbles appear in other parts of the wave-induced velocity field.The boundary jet flow resulting from the adverse pressure gradients has distinctive dynamics compared with free shear jets.