专利名称：一种多发多收式声学测量海洋内波方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋内波测量方法，特别是关于一种多发多收式声学测量海洋内波方法。
背景技术：
海洋内波是海水内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显的密度分层。外部环境的扰动，如潮汐、风等因素的干扰，会导致密度分层的等密面上激发相应的波动，也即内波。观测手段是制约现代内波研究发展的主要因素之一。卫星观测虽然可以给出大范围水平图像，但它不能对海水内部结构进行直接、连续的观测，且其反演技术受云量、降水、海表风等外部环境因素限制较大；而潜标等锚定观测存在造价高、风险大、安装难度大的缺点；此外，走航观测不能获得瞬时大面资料。与上述三种方式相比，声波在海水中具有传播距离远、耗散小、承载信息丰富等优点，因此是现今比较先进有效的观测手段之一。目前，国内外声学测量内波的方法主要包括以下三种1)声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、声学多普勒流速剖面仪(ADV)等利用高频声波的多普勒效应测量内波，以在局部范围内得到高精度的内波流速，但由于高频声波在海水中衰减较快，因此测量范围有限。2)声层析和地震方法，通过测量声波在海水中的传播特性，利用逆方法反演内波，但它通常花费较大，且不适合长期观测。3)用美国罗德岛大学发明的倒置回声测深仪Inverted Echo Sounder观测内波,但它只能定时发射单频声波，在大洋环流等慢变现象的观测中应用较广，却不适合测量快速演变的内波，且其反演技术是基于经验方法。

发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种多发多收式声学测量海洋内波方法，该方法通过发射中频声波现场 来观测内波，能够有效克服传统内波观测中存在的花费较大、观测范围较小和观测变量单一等缺点。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种多发多收式声学测量海洋内波方法，其包括以下步骤1)将安装有内波测量装置的浮力舱放于海底，换能器垂直向上朝向海面；2)同步发射预设的m个频段的声学信号；3)接收返回的声学信号，并分别记录各频段声学信号的回声时间Iti' }，i=l，2，…，m;4)确定去除背景环境影响的回声时间4.1)将步骤3)的回声时间去除因潮汐海平面起伏所造成的回声时间变化的硬性，获得去除潮汐影响后的回声时间ItJ，i=l，2，…，m;4. 2)去除潮汐影响后的回声时间{tj，i=l，2，…，m满足下式Rayleigh概率分布
权利要求
1.一种多发多收式声学测量海洋内波方法，其包括以下步骤 1)将安装有内波测量装置的浮力舱放于海底，换能器垂直向上朝向海面； 2)同步发射预设的m个频段的声学信号；3)接收返回的声学信号，并分别记录各频段声学信号的回声时间Iti'}，i=l，2^-,m ； 4)确定去除背景环境影响的回声时间 . 4.1)将步骤3)的回声时间去除因潮汐海平面起伏所造成的回声时间变化的硬性，获得去除潮汐影响后的回声时间ItJ，i=l, 2，-,m；.4.2)去除潮汝影响后的回声时间{tj , i=l, 2，…，m满足下式Rayleigh概率分布
2.如权利要求1所述的一种多发多收式声学测量海洋内波方法，其特征在于所述步骤4.1)中，利用高精度压力传感器检测因潮汐引起的海平面起伏I，将步骤3)的回声时间Iti' }都减去€/cs，cs为海表声速，获得去除潮汐影响后的回声时间{tj，i=l，2，…，m。
3.如权利要求1所述的一种多发多收式声学测量海洋内波方法，其特征在于所述步骤6)中，P C1取当地海水的平均密度或者常量103kg/m3;所述步骤7)中，当内波频率《未知时，设其为O。
4.如权利要求2所述的一种多发多收式声学测量海洋内波方法，其特征在于所述步骤6)中，P ^取当地海水的平均密度或者常量103kg/m3;所述步骤7)中，当内波频率《未知时，设其为O。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种多发多收式声学测量海洋内波方法，其特征在于所述步骤7)中，求解内波垂直结构模态O时只取第一模态。
全文摘要
本发明涉及一种多发多收式声学测量海洋内波方法，该方法通过内波测量装置发射不同频段的声波信号，测量各个频段声波在海水中的垂向传播时间，在去除背景环境因素影响后得到回声时间扰动，并结合内波动力学性质，建立回声时间扰动与内波振幅的关系，从而获取内波引起的全水深温度、盐度、流速等关键水文参数的变化，进而达到海洋内波观测的目的。本发明可以广泛用于海洋内波观测，特别是深海内波观测。
文档编号G01S15/88GK103063253SQ20121057867
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者李强 申请人:清华大学深圳研究生院