声音在海洋中的传播

  战争一结束,BT数据库就为阿瑟斯坦·斯比尔霍斯(Athelstan Spilhaus)构思已久的各种基础海洋研究提供了依据。1946年,美国海军创立了海军研究局,后来成了海洋声学研究的最早创立者,于是科学家们恢复了他们对影响水下声音信号传播条件的研究。

  许多因素影响到声音在水下会传播多远,持续多长时间。其中之一,海水颗粒会反射,分散和吸收某种频率的声音——正如某种波长的光会被大气中特殊类型的颗粒反射,分散和吸收一样,海水吸收的声音量是蒸馏水吸收的30倍,海水中的某种化学成分(如镁硫酸盐和硼酸)会使某种频率的声音衰减。研究人员还发现波长较长的大都可以穿过小颗粒的低频声音,一般不会因吸收或分散而减少,因而传播较远。

  下面这个时间表表明了导致人们通过声音海洋地理学的研究,对地球海洋的了解不断加深的基础研究的发展历程。

  1490年,达·芬奇注意到轮船的声音在水下传播得很远。
  1687年,牛顿在《数学的自然法则》一书中,发表了第一个声音传播的数学理论。
  1826年,瑞典物理学家丹尼尔·克拉顿(Daniel Colladon)和法国数学家查尔斯·斯特姆(Charles Sturm)m测量出声音在日内瓦湖每秒1435米的速度比声音在空气中的速度几乎快5倍。
  1877年,瑞利(Rayleign)勋爵发表了声音理论,为现代声学奠定了理论基础。
  1912年,瑞查得森(l. R. Richardson)在英国申请了水中回波定位仪的专利。
  1914年,瑞格纳德·A·泰森德(Reginald A. Tessenden)在美国申请了应用于回波定位的一种新型转换器的专利。
  1919年,德国科学家理查德(H. lichte)提出理论:声波在水中遇到温度、咸度和压力的微小变化时会向上或向下折射。    1937年,阿瑟斯坦·斯比尔霍斯(Athelstan Spilhaus)制造了海水温度深度自动记录仪(BT)

  对咸度、温度和压力对水下声速的影响的进一步研究产生了对海洋结构的奇妙洞察。一般来说,在海洋的水平分层中,声音在上层地区多受温度影响,而在下面的深层中,多受压力影响。海水表面是太阳光照暖的上层,其实际温度和厚度随季节不同而变化,在中纬地区,这一层一般是等温的,即这一整层的温度一般是一致的,因为海水被波浪、风和对流洋流的运动混合得很均匀;向下移动的穿越这一层的声音信号一般是以几乎不变的速度传播的,然后是称为温跃层的过渡层。这一层的温度随深度稳步下降,随着温度下降,声速也下降。然而,在海表约600到1000米(0.4到0.5海里)以下,温度的进一步变化就很小了(从此以下到海底的海水实际是等温的),在那一点影响声速的首要因素是不断增加的压力,它使声音加速。