Тема: Особенность распространения акустических сигналов в Баренцевом море

Акустические волны распространяются в толще океана на большие расстояния. Акустика океана - сравнительно новая часть океанологии и приобрела большое прикладное значение. В большинстве морей и океанов имеется постоянно действующий фактор, повышающий эффективность акустических средств, - подводный звуковой канал, по которому звук может распространяться с малым ослаблением на весьма большие расстояния. Также существуют большое количество факторов, которые ухудшают распространение звука под водой, такие как неровности поверхности воды и дна, а также различные неоднородности толщи воды. Поэтому акустика океана играет важную роль в процессе освоения и изучения океана. В научной литературе недостаточно исследований об особенностях распространения акустических сигналов в шельфовых морях.
Баренцево море имеет большое значение для транспорта и для рыболовства, здесь расположены крупные порты. Неоднородный рельеф дна значительно влияет на распространения акустических лучей, он значительно неоднороден, пересечен подводными возвышенностями, впадинами и желобами. Поступления вод из других бассейнов и неровный подводный рельеф создают неоднородные водные массы, которые значительно ослабляют распространение акустических сигналов.
Научная работа, посвященная особенностями распространения акустических сигналов в Баренцевом море, является актуальным исследованием. В условиях изменения климата Баренцево море подвергается существенными изменениями, которые влияют на акустические свойства морской среды. Благодаря современным технологиям модернизация методов исследования позволяет получать более точные данные о распространении акустических сигналов. Данные факторы играют важную роль для исследования состояния среды и возможности устойчивого развития региона.
Цель исследования: оценка распространения акустических лучей для разных гидрологических и морфологических условий на примере Баренцева моря.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ современных исследований по распространению акустических сигналов в Баренцевом море;
- подготовка массива гидрофизических параметров на основании данных реанализа;
- подготовка программы расчета распространения акустических сигналов;
- описание особенностей распространения акустических сигналов в Баренцевом море;
- изучение влияния температуры, солености и давление на распространение акустических сигналов;
- прогнозирование путей распространения акустических сигналов в различных районах Баренцева моря;
- влияние подводного рельефа в море на траекторию распространения сигнала.
Район исследования- Баренцево море.
Предмет исследования -распространение акустических сигналов в толще воды.

Купить

В ходе работы была разработана программа Matlab для моделирования распространения акустических волн и оценки уровней сигналов с учетом отражения и преломления лучей за счет изменения амплитуд и углов лучей по закону Снеллиуса. Также в программе учитывалось отражения лучей от дна в зависимости от рельефа и типа грунта.
В ходе научного исследования было поставлено 3 эксперимента. В первом эксперименту акустические лучи распространялись по плоскому дну и по наклонному дну. В ходе сравнения разницы акустического давления сигнала сигнала для двух случаев показал, что колебания различий сигналов менялся от 1 до -0,5 дБ до расстояния 2500 м. От расстояния 2500 м до 1 км и 500 м различия сигнала менялась от 0,5 до -0.2 дБ. После - различия в сигнале варьировались от 0.9 до -0.5 дБ. Часть акустических волн распространялась без отражения от поверхности и дна так как источник звука установлен вблизи оси ПЗК второго типа.
Во втором эксперименте было поставлено условие, что морская среда изменчива по температуре и солености, а значит на распространение акустических волн влияло изменение вертикального профиля скорости звука. Рельеф дна также неоднороден по пространству с донными осадками в виде песка. При переходе от одной среды к другой акустические лучи, которые не отражались от дна и поверхности, за счет преломления начали распространятся в сторону дна и отражаться от него. При сравнении разницы уровней сигнала для ровного дна и неоднородной среды показал, что сигнал менялся от 0,2 до 0,6 дБ.
В ходе сравнения эксперимента 1 и эксперимента 2 были сделаны выводы, что если необходимы примерные оценки уровня сигнала, то можно не учитывать влияние дна и изменения скорости звука. Такой вариант можно использоваться если рельеф не сильно меняется, а также профили скорости звука.
Эксперимент 3 ставился для учета влияния характера донных осадков. Тип грунта поменялся с песка на ил. Траектория распространения акустических волн, построенных методом лучевой акустики, в сравнении с предыдущими экспериментами не поменялась. При удалении от источника сигнал быстрее ослаблялся для илистых донных отложений, чем для песчаных. После 1 км на поверхности образовалась акустическая тень.
Рассматривалось распространение акустических волн в Баренцевом море на двух разрезах с различием влияния течений: на разрез 1 влияют теплые атлантические воды, для разреза 6 - арктические. В обоих случаях источник звука был на глубине, где скорость звука меньше скорости звука на поверхности и лучи с малым углом от источника не отражались от поверхности, а только от дна. Уровень акустического давления сигнала при удалении от источника плавно ослабляется для акустических лучей, распространяющиеся от 50 м до дна. На распространение лучей в разрезе 6 рельеф дна сыграл важную роль при изменении уровня сигнала. Из-за резкого понижения глубины после 1 км сигнал начал уменьшаться и достиг уровня до - 60 и -70 дБ.
Таким образом установлено, что параметры морской среды и рельефа дна оказывают существенное влияние на распространение акустических волн и сигналов.

Купить