海洋声学导论

本书从海洋的声学特性出发，介绍海洋中的声传播理论，重点阐述海洋中的声折射、声反射、声散射、混响、噪声以及声呐方程等内容。本书共分为8章，第1章简述海洋声学的发展历史及学科应用：第2章介绍海洋的声学特性，讨论海洋中的声速和声吸收；第3章介绍海洋中的声传播理论，包括波动声学理论和射线声学理论，以及海洋生物复杂介质的声传播理论；第4章和第5章分别介绍海洋中的声折射和海洋层状介质中的声传播，包括典型深海与浅海条件下的声传播，以及多层介质中的声传播及水声超材料；第6章介绍海洋中的声散射和混响，包括目标强度和海洋混响理论，以及海豚目标探测；第7章介绍海洋中的噪声，包括舰船噪声、海洋环境噪声与海洋生物噪声；第8章联系各章要素，介绍声呐方程的建立及应用，并讨论生物声呐方程。其中，海豚复杂介质的声学特性、不均匀介质声传播理论，以及生物声呐方程等是本书的特色。
本书可作为海洋物理、海洋技术、水声工程等专业的本科生、研究生教材，也可供高等院校与科研院所其他相关专业的学生以及科研工作者参考。

第1章 绪论1
第2章 海洋的声学特性6
2.1 海洋中的声速6
2.1.1 海洋中声速的变化6
2.1.2 海洋中声速的基本结构10
2.2 海洋中的声吸收14
2.2.1 纯水的超吸收14
2.2.2 海水中电解质引起的声吸收18
2.2.3 海水中气泡引起的声吸收19
2.3 海底的声学特性27
2.4 海洋生物组织的声学特性29
本章习题33
参考文献34
第3章 海洋中的声传播理论36
3.1 波动方程和定解条件36
3.1.1 海水中非均匀介质的波动方程36
3.1.2 定解条件40
3.2 射线声学基础45
3.2.1 射线声学的程函方程47
3.2.2 射线声学的强度方程49
3.2.3 射线声学的应用条件52
3.3 海水分层介质中的射线声学53
3.3.1 声射线弯*53
3.3.2 声射线轨迹55
3.3.3 声射线的水平传播距离57
3.3.4 声射线的传播时间58
3.3.5 声射线的强度59
3.4 海洋生物复杂介质的波动声学62
3.4.1 海洋生物复杂介质的声传播理论62
3.4.2 齿鲸多相声学结构对声波束的联合调控64
3.4.3 海豚复杂介质的声阻抗匹配68
本章习题72
参考文献72
第4章 海洋中的声折射74
4.1 正声速梯度和表面声道74
4.1.1 表面声道的声传播特性75
4.1.2 表面声道的声强特性79
4.2 负声速梯度和反声道80
4.3 深海跃变层84
4.4 深海声道87
4.4.1 深海声道的声传播特性88
4.4.2 深海声道的声传播时间90
4.4.3 深海声道的会聚区和声影区92
4.5 径向声速梯度海水介质中的声传播94
本章习题96
参考文献97
第5章 海洋层状介质中的声传播99
5.1 海面对声传播的影响99
5.2 浅海均匀声场的声传播102
5.2.1 硬底浅海均匀声场102
5.2.2 浅海均匀声场的虚源描述108
5.2.3 浅海均匀声场的简正波与虚源描述的联系110
5.2.4 浅海均匀声场的声强特性114
5.3 海底对声传播的影响116
5.4 多层介质中的声传播123
5.5 水声超材料125
5.5.1 水声隐身斗篷126
5.5.2 水下波束形成128
5.5.3 水下拓扑声学和吸收器130
本章习题132
参考文献132
第6章 海洋中的声散射和混响135
6.1 海洋中的声散射136
6.1.1 悬浮颗粒的声散射136
6.1.2 气泡的声散射141
6.1.3 不规则形状目标的声散射145
6.1.4 水生生物的声散射147
6.2 目标强度148
6.2.1 简单形状物体的目标强度149
6.2.2 渔业资源声学评估调查方法152
6.2.3 目标强度的实验测量153
6.3 海洋中的混响155
6.3.1 体积混响157
6.3.2 海面混响161
6.3.3 海底混响164
6.4 海豚目标探测168
本章习题172
参考文献172
第7章 海洋中的噪声174
7.1 噪声频谱分析175
7.2 舰船噪声177
7.2.1 舰船的辐射噪声178
7.2.2 舰船的自噪声180
7.3 海洋环境噪声182
7.3.1 海洋中的自然噪声182
7.3.2 深海环境噪声谱184
7.3.3 海洋环境噪声指向性186
7.4 海洋生物噪声187
7.4.1 大黄鱼噪声187
7.4.2 鼓虾噪声189
7.4.3 海豚噪声191
本章习题194
参考文献194
第8章 声呐方程197
8.1 声呐方程的建立197
8.1.1 声呐197
8.1.2 主动声呐方程198
8.1.3 被动声呐方程205
8.1.4 声呐方程的建立206
8.2 声呐参数与组合声呐参数208
8.3 声呐方程的应用210
8.4 海豚生物声呐简介214
8.4.1 声源级215
8.4.2 指向性指数216
8.4.3 目标强度218
8.4.4 探测阈值219
本章习题221
参考文献223