Fundamentals of Acoustical Oceanography (Applications of Modern Acoustics) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:Herman Medwin

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-01-15

价格:USD 104.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780124875708

丛书系列:

图书标签:

Acoustical Oceanography
Ocean Acoustics
Underwater Acoustics
Oceanography
Acoustics
Signal Processing
Remote Sensing
Marine Science
Physics
Engineering

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具体描述

The developments in the field of ocean acoustics over recent years make this book an important reference for specialists in acoustics, oceanography, marine biology, and related fields. Fundamentals of Acoustical Oceanography also encourages a new generation of scientists, engineers, and entrepreneurs to apply the modern methods of acoustical physics to probe the unknown sea. The book is an authoritative, modern text with examples and exercises. It contains techniques to solve the direct problems, solutions of inverse problems, and an extensive bibliography from the earliest use of sound in the sea to present references.

Written by internationally recognized scientists, the book provides background to measure ocean parameters and processes, find life and objects in the sea, communicate underwater, and survey the boundaries of the sea. Fundamentals of Acoustical Oceanography explains principles of underwater sound propagation, and describes how both actively probing sonars and passively listening hydrophones can reveal what the eye cannot see over vast ranges of the turbid ocean. This book demonstrates how to use acoustical remote sensing, variations in sound transmission, in situ<$> acoustical measurements, and computer and laboratory models to identify the physical and biological parameters and processes in the sea.

* Offers an integrated, modern approach to passive and active underwater acoustics

* Contains many examples of laboratory scale models of ocean-acoustic environments, as well as descriptions of experiments at sea

* Covers remote sensing of marine life and the seafloor

* Includes signal processing of ocean sounds, physical and biological noises at sea, and inversions

* resents sound sources, receivers, and calibration

* Explains high intensities; explosive waves, parametric sources, cavitation, shock waves, and streaming

* Covers microbubbles from breaking waves, rainfall, dispersion, and attenuation

* Describes sound propagation along ray paths and caustics

* Presents sound transmissions and normal mode methods in ocean waveguides

海底的低语：海洋声学探测的原理与应用海洋，这片蔚蓝而神秘的疆域，自古以来便吸引着人类的目光。我们仰望星空，探索宇宙的奥秘，却往往忽略了脚下同样广袤而深邃的海洋。海洋不仅仅是生命的摇篮，更是蕴藏着无限可能的研究领域。在这片寂静的深海之下，隐藏着一套精妙绝伦的“语言”，那就是声音。海洋声学，便是解读这套语言的科学。它揭示了声音在海洋中的传播规律，以及如何利用这些声音来探测、理解和保护我们的蓝色星球。声音在海洋中扮演着至关重要的角色。对于许多海洋生物而言，声音是它们感知世界、交流沟通、捕食和躲避天敌的主要方式。鲸鱼的歌声穿越数千公里，海豚的鸣叫在海浪中回荡，这些都是声音在海洋中活动的重要证据。而对于人类而言，声音也提供了一种独特的视角来“看见”水下的世界。由于电磁波在海水中的衰减非常快，声音便成为远距离探测水下目标、绘制海底地形、研究海洋环境最有效的方式。声波的海洋之旅：传播的奥秘声音在海洋中的传播与在空气中有着显著的不同。水的密度、温度、盐度和压力都对声速产生着复杂的影响。例如，温度升高通常会使声速加快，而压力增大（即深度增加）也会增加声速。盐度的变化也会引入一定的变化。这些因素共同作用，导致海洋中的声速分布并非均匀，而是呈现出一定的垂直和水平梯度。这种不均匀的声速分布，使得声波在海洋中的传播路径变得十分复杂。声波会随着声速的变化而发生折射，就像光线穿过不同介质时会弯曲一样。在某些深度，声速会达到一个最小值，形成所谓的“声学声道”（SOFAR channel）。在这个声道中，声波可以传播极远的距离，几乎没有能量损失，这使得海洋中的远距离声学探测成为可能。声学声道的发现，是海洋声学研究中的一个重要里程碑，它极大地拓展了我们利用声音探测海洋的能力。除了折射，声波在传播过程中还会发生反射、衍射和散射。当声波遇到海底、海面、海洋生物、甚至是水中的微小气泡时，都会发生不同程度的反射。海底的声学性质，例如沉积物的类型和硬度，会影响反射的强度和频谱。海面的粗糙度也会导致声波的散射。海洋生物，特别是具有气囊的鱼类，也会对声波产生显著的反射。这些反射信号，正是我们利用声学设备“看见”水下世界的关键信息来源。声学探测的利器：从声呐到水听器为了捕捉和利用这些海洋中的声音，科学家们开发了各种各样的声学探测设备。其中最著名的莫过于声呐（SONAR），它是一个集“声”和“纳”于一体的系统，意为“声波探测与测距”。声呐系统通常包括一个声波发射器和一个接收器。发射器发出声波脉冲，这些声波在水中传播，遇到目标后反射回来，被接收器捕获。通过测量声波的往返时间，以及声波的频率和强度变化，科学家们可以判断目标的距离、大小、速度、甚至材质。声呐系统可以分为主动声呐和被动声呐。主动声呐主动发射声波，因此可以主动探测目标，但同时也会暴露自己的位置。被动声呐则不发射声波，而是专门接收环境中已有的声音，例如海洋生物发出的声音、船只的噪声等。通过分析这些声音，可以识别目标，了解海洋环境的声学特征。水听器（Hydrophone）是海洋声学研究中最基础的传感器之一。它是一种能够将水下声波转换为电信号的设备。通过在不同位置、不同深度布设大量的水听器，我们可以构建一个巨大的水下“听音网”，监测海洋中的声学环境。这些水听器可以用来测量海洋背景噪声，研究海洋生物的声学行为，甚至监测海底地震活动。除了传统的声呐和水听器，现代海洋声学还广泛应用了更为先进的技术。例如，多波束测深仪（Multibeam Echosounder）能够同时发射多束声波，快速而精确地绘制海底地形图，分辨率极高，能够显示出海底细微的地貌特征。侧扫声呐（Side-scan Sonar）则能够“扫描”海底两侧的区域，获取高分辨率的海底图像，如同给海底拍照片一样。海洋声学，应用的广阔天地海洋声学的应用领域极为广泛，渗透到海洋科学研究的各个方面，也为许多实际应用提供了关键的技术支撑。 1. 海洋科学研究：海底地形与地质调查：利用声呐和多波束测深仪，我们可以绘制出详细的海底地形图，了解海山的形成、海底峡谷的分布、以及大陆架的结构。这对于理解地球的构造演化、预测海底滑坡等灾害至关重要。海洋生物学研究：声学探测是研究海洋生物的重要手段。通过分析鲸鱼、海豚等海洋哺乳动物发出的声音，我们可以了解它们的种群数量、迁徙路线、以及社会行为。声呐还可以用来估算鱼群的大小和分布，为渔业管理提供科学依据。海洋环境监测：海洋中的声学信号可以反映环境的变化。例如，海底沉积物的声学性质会随着其组成和结构的改变而变化，这可以用来监测海底的侵蚀或沉积过程。此外，海洋中的人为噪声，如船只航行、石油钻井平台作业等，也会对海洋生物产生影响，声学监测可以帮助评估这些影响的程度。海底资源勘探：在石油、天然气、矿产资源的勘探过程中，地震勘探（一种特殊的声学探测技术）是不可或缺的手段。通过在海底激发人工地震波，并记录海底反射回来的地震波信息，可以间接了解地下地层的结构和是否存在油气储层。 2. 海上导航与安全：船舶导航：声呐系统能够探测水下的障碍物，如暗礁、沉船等，保障船舶航行的安全。水下目标探测：在军事领域，声呐被广泛用于探测潜艇、水雷等水下目标。搜救行动：在海上失事搜救中，声呐和水听器可以用来搜索失事船只或飞机的水下残骸。 3. 海洋工程：海底管线铺设：在海底铺设石油、天然气管道时，需要对海底地形进行详细勘测，并监测管道铺设过程中的声学环境。海上风电场建设：海上风电场的建设需要对海底进行地质调查，声学探测在此过程中发挥着重要作用。 4. 海洋考古：水下遗址探测：声呐可以帮助考古学家在广阔的海域中寻找沉船、古代港口等水下遗址。一旦发现疑似目标，再结合潜水员的勘察，可以进一步确认。海洋声学面临的挑战与未来展望尽管海洋声学取得了巨大的成就，但仍面临着诸多挑战。海洋环境的复杂性，如强烈的噪声干扰、多变的声速梯度，都给声学探测带来了难度。设备的精确性、可靠性和成本也是需要不断改进的方面。未来，随着技术的不断进步，海洋声学将迎来更加广阔的发展前景。人工智能和大数据技术的融合，将极大地提升对海洋声学数据的分析和解读能力，从而更深入地理解海洋的奥秘。新型、更小型、更灵活的声学传感器，以及自主水下航行器（AUV）与声学设备的结合，将能够实现更高效、更全面的海洋探测。从微小的浮游生物发出的细微声响，到鲸鱼宏伟的歌声，再到人类活动的工业噪声，海洋始终以声音的方式讲述着它的故事。海洋声学，正是我们倾听这些故事，理解海洋，守护这片蓝色家园的重要工具。它让我们得以窥探水下的黑暗，感知生命的脉动，探索地球的奥秘，并最终做出更明智的决策，以一种更加和谐的方式与海洋共存。