海洋声场中的抛物方程方法

近几十年来，海洋声学理论与计算模型的发展受到了很多国家（尤其是海洋大国）的重视，海洋声学中的抛物方程方法发展特别迅速，在复杂海洋环境的声传播、矢量声学、地震声学等领域的研究中被广泛应用。本书基于作者团队多年的研究成果，系统介绍海洋声学中的抛物方程方法，包括适用于二维液态/弹性海底的抛物方程建模方法、适用于三维液态/弹性海底的抛物方程建模方法以及复杂海洋边界条件的处理、声矢量场的计算及其应用等。本书适合水声物理领域的相关研究人员阅读，亦可供水声信号处理、水声通信领域相关专业的科技人员阅读参考。

丛书序
自序
第1章绪论1
1.1声传播建模技术的发展1
1.1.1射线声学模型的发展3
1.1.2简正波模型的发展3
1.1.3快速场模型的发展6
1.2抛物方程方法的发展及应用7
1.2.1二维抛物方程的发展9
1.2.2三维抛物方程的发展15
1.2.3抛物方程模型的应用18
1.2.4抛物方程模型的未来发展方向21
参考文献22
第2章抛物方程模型基础29
2.1流体抛物方程理论29
2.2弹性抛物方程方法31
2.2.1流体介质中抛物方程计算方法31
2.2.2弹性体介质中抛物方程计算方法33
2.3海底边界的处理方法34
2.3.1水平海底边界的处理方法34
2.3.2不规则弹性海底边界的处理方法35
2.4声源位于流体介质中的自初始场43
2.5基于弹性抛物方程方法的声矢量场求解44
参考文献46
第3章弹性Pekeris波导中的抛物方程方法47
3.1倾斜海底环境中声波能量泄漏现象47
3.1.1模型的检验47
3.1.2声源深度对声波能量泄漏的影响49
3.1.3声源频率对声波能量泄漏的影响52
3.1.4声波能量向海底泄漏位置的解释54
3.2岸上地震波传播规律55
3.2.1声源深度对岸上地震波分布的影响55
3.2.2声源频率对岸上地震波分布的影响61
3.2.3海水深度对岸上地震波分布的影响66
3.2.4海底地形对甚低频声传播的影响70
3.2.5海底声速对甚低频声传播的影响76
第4章弹性沉积层影响下的声场特性80
4.1弹性沉积层对低频声场影响的仿真分析80
4.1.1海底水平、倾斜弹性体-弹性体边界条件下声场数值计算80
4.1.2连续起伏变化分层弹性海底条件下声场数值计算82
4.2分层弹性海底中低频声场空间分布仿真计算86
4.2.1地形变化条件下声场空间分布仿真计算86
4.2.2倾斜海域声场空间分布仿真计算95
参考文献106
第5章三维直角坐标系下抛物方程方法107
5.1三维直角坐标系下抛物方程模型局限性及其改进方法107
5.1.1三维直角坐标系下抛物方程模型107
5.1.2模型的性能检验109
5.1.3简正波-抛物方程联合模型116
5.1.4三维抛物方程非均匀网格离散模型123
5.2完全匹配层技术在抛物方程模型中的应用129
5.2.1完全匹配层基本理论130
5.2.2完全匹配层技术在二维流体抛物方程模型中的应用131
5.2.3完全匹配层技术在二维弹性抛物方程模型中的应用136
5.2.4完全匹配层技术在三维抛物方程模型中的应用144
参考文献154
第6章三维柱坐标系下抛物方程方法156
6.1三维柱坐标系下抛物方程理论156
6.1.1三维抛物方程基本理论156
6.1.2自初始场158
6.1.3网格划分及矩阵方程160
6.2三维柱坐标系下模型的标准检验问题与仿真分析167
6.2.1水平波导168
6.2.2楔形波导170
6.2.3锥形海底山波导173
6.3三维声传播特性研究175
6.3.1海洋波导中三维声场效应强弱的评判176
6.3.2楔形波导和锥形海底山波导三维声场效应分析177
6.4三维抛物方程联合预报模型179参考文献182
第7章三维弹性海底的抛物方程声场建模方法183
7.1具有弹性海底的楔形海区中抛物方程的推导183
……
7.2弹性抛物方程模型中边界条件的处理189
7.2.1边界条件概述189
7.2.2倾斜海底边界条件处理189
7.3基于傅里叶变换的弹性抛物方程数值求解方法191
7.4数值计算结果的检验与分析193
7.4.1水平波导中声场计算结果的检验193
7.4.2数值计算结果在水平面内的角度限制196
7.4.3地形变化海域中声场计算及水平折射效应分析198
7.5弹性海底海域中声传播的水池模拟实验203
7.5.1水池模拟实验概况203
7.5.2实测数据的声压传播损失计算过程206
7.5.3声压传播损失的实测结果与理论结果对比209
参考文献212
索引213