專利名稱：一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋內(nèi)波測(cè)量方法，特別是關(guān)于一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法。
背景技術(shù)：
海洋內(nèi)波是海水內(nèi)部由于垂直方向密度不同而形成的界面波。由于海洋中密度小的海水在上面，密度大的在下面，因此在垂直方向存在明顯的密度分層。外部環(huán)境的擾動(dòng)，如潮汐、風(fēng)等因素的干擾，會(huì)導(dǎo)致密度分層的等密面上激發(fā)相應(yīng)的波動(dòng)，也即內(nèi)波。觀測(cè)手段是制約現(xiàn)代內(nèi)波研究發(fā)展的主要因素之一。衛(wèi)星觀測(cè)雖然可以給出大范圍水平圖像，但它不能對(duì)海水內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接、連續(xù)的觀測(cè)，且其反演技術(shù)受云量、降水、海表風(fēng)等外部環(huán)境因素限制較大；而潛標(biāo)等錨定觀測(cè)存在造價(jià)高、風(fēng)險(xiǎn)大、安裝難度大的缺點(diǎn)；此外，走航觀測(cè)不能獲得瞬時(shí)大面資料。與上述三種方式相比，聲波在海水中具有傳播距離遠(yuǎn)、耗散小、承載信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，因此是現(xiàn)今比較先進(jìn)有效的觀測(cè)手段之一。目前，國(guó)內(nèi)外聲學(xué)測(cè)量?jī)?nèi)波的方法主要包括以下三種1)聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADCP)、聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADV)等利用高頻聲波的多普勒效應(yīng)測(cè)量?jī)?nèi)波，以在局部范圍內(nèi)得到高精度的內(nèi)波流速，但由于高頻聲波在海水中衰減較快，因此測(cè)量范圍有限。2)聲層析和地震方法，通過(guò)測(cè)量聲波在海水中的傳播特性，利用逆方法反演內(nèi)波，但它通?；ㄙM(fèi)較大，且不適合長(zhǎng)期觀測(cè)。3)用美國(guó)羅德島大學(xué)發(fā)明的倒置回聲測(cè)深儀Inverted Echo Sounder觀測(cè)內(nèi)波,但它只能定時(shí)發(fā)射單頻聲波，在大洋環(huán)流等慢變現(xiàn)象的觀測(cè)中應(yīng)用較廣，卻不適合測(cè)量快速演變的內(nèi)波，且其反演技術(shù)是基于經(jīng)驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，該方法通過(guò)發(fā)射中頻聲波現(xiàn)場(chǎng) 來(lái)觀測(cè)內(nèi)波，能夠有效克服傳統(tǒng)內(nèi)波觀測(cè)中存在的花費(fèi)較大、觀測(cè)范圍較小和觀測(cè)變量單一等缺點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，其包括以下步驟1)將安裝有內(nèi)波測(cè)量裝置的浮力艙放于海底，換能器垂直向上朝向海面；2)同步發(fā)射預(yù)設(shè)的m個(gè)頻段的聲學(xué)信號(hào)；3)接收返回的聲學(xué)信號(hào)，并分別記錄各頻段聲學(xué)信號(hào)的回聲時(shí)間Iti' }，i=l，2，…，m;4)確定去除背景環(huán)境影響的回聲時(shí)間4.1)將步驟3)的回聲時(shí)間去除因潮汐海平面起伏所造成的回聲時(shí)間變化的硬性，獲得去除潮汐影響后的回聲時(shí)間ItJ，i=l，2，…，m;4. 2)去除潮汐影響后的回聲時(shí)間{tj，i=l，2，…，m滿足下式Rayleigh概率分布
權(quán)利要求
1.一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，其包括以下步驟 1)將安裝有內(nèi)波測(cè)量裝置的浮力艙放于海底，換能器垂直向上朝向海面； 2)同步發(fā)射預(yù)設(shè)的m個(gè)頻段的聲學(xué)信號(hào)；3)接收返回的聲學(xué)信號(hào)，并分別記錄各頻段聲學(xué)信號(hào)的回聲時(shí)間Iti'}，i=l，2^-,m ； 4)確定去除背景環(huán)境影響的回聲時(shí)間 . 4.1)將步驟3)的回聲時(shí)間去除因潮汐海平面起伏所造成的回聲時(shí)間變化的硬性，獲得去除潮汐影響后的回聲時(shí)間ItJ，i=l, 2，-,m；.4.2)去除潮汝影響后的回聲時(shí)間{tj , i=l, 2，…，m滿足下式Rayleigh概率分布
2.如權(quán)利要求1所述的一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，其特征在于所述步驟4.1)中，利用高精度壓力傳感器檢測(cè)因潮汐引起的海平面起伏I，將步驟3)的回聲時(shí)間Iti' }都減去€/cs，cs為海表聲速，獲得去除潮汐影響后的回聲時(shí)間{tj，i=l，2，…，m。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，其特征在于所述步驟6)中，P C1取當(dāng)?shù)睾Ｋ钠骄芏然蛘叱Ａ?03kg/m3;所述步驟7)中，當(dāng)內(nèi)波頻率《未知時(shí)，設(shè)其為O。
4.如權(quán)利要求2所述的一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，其特征在于所述步驟6)中，P ^取當(dāng)?shù)睾Ｋ钠骄芏然蛘叱Ａ?03kg/m3;所述步驟7)中，當(dāng)內(nèi)波頻率《未知時(shí)，設(shè)其為O。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，其特征在于所述步驟7)中，求解內(nèi)波垂直結(jié)構(gòu)模態(tài)O時(shí)只取第一模態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多發(fā)多收式聲學(xué)測(cè)量海洋內(nèi)波方法，該方法通過(guò)內(nèi)波測(cè)量裝置發(fā)射不同頻段的聲波信號(hào)，測(cè)量各個(gè)頻段聲波在海水中的垂向傳播時(shí)間，在去除背景環(huán)境因素影響后得到回聲時(shí)間擾動(dòng)，并結(jié)合內(nèi)波動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，建立回聲時(shí)間擾動(dòng)與內(nèi)波振幅的關(guān)系，從而獲取內(nèi)波引起的全水深溫度、鹽度、流速等關(guān)鍵水文參數(shù)的變化，進(jìn)而達(dá)到海洋內(nèi)波觀測(cè)的目的。本發(fā)明可以廣泛用于海洋內(nèi)波觀測(cè)，特別是深海內(nèi)波觀測(cè)。
文檔編號(hào)G01S15/88GK103063253SQ20121057867
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者李強(qiáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院