声波传播的速度在整个海洋中变成了上下两层,在上面的一层中,水层越深,声速越慢;在下面的一层中,水层越深,声速则越快。在这两层交界的地方,形成了一个特殊的声道轴,由于声波在传播中总是向声速慢的界面弯曲,因此声道轴上方和下方的声音都会折回声道轴。在上面的一层中,水层越深,声速越慢;在下面的一层中,水层越深,声速则越快。声被限制在声道上下一定的深度范围内传播,不接触海面和海底,能量不受损失,可以传到很远的地方。就形成了“深海声道”。

正文

发现

第二次世界大战期间,美、苏科学家分别发现,大洋深处有一些深海声道可以让声波传得很远。在深海声道里声音可以传播数千公里而不减弱。经过理论分析,科学家发现这是因为大自然在大洋深处造成对声波传播非常有利的深海声道。海水下声速基本上由温度和海水压力控制:温度越低,声速愈慢;海水压力越大,声速愈快。大洋中海水温度是由太阳照射造成,因此温度随深度增加而降低,但是海水压力却在增加。所以由海面向下观察就会发现,声速先是随深度增加、温度降低而变慢,当达到最低值时,温度不再改变,这时声速就会随海水压力增大而变快。

深海声道经常受到复杂海况的影响,海洋深度的变化、海底山脉的阻挡都是障碍。一般说来,如果海的深度变浅,对声道会有明显的影响,但如果不浅到声道的下界,影响就不大,如果越过了下界,声道中的部分声波能量就会受损。海底愈浅,声能受损就愈严重。如果海底穿过整个声道,那么声道效应就没有了,声道就消失了。

原理

海水由于受太阳辐射加热和风力搅拌等的影响,其温度的垂直分布一般呈分层结构,加上压力的影响,使海洋中的声速呈垂直分布。从声速最低的地方发射的声波,由于上下层的声速不同而发生折射,反映声波传播途径的声线,总是弯向声速最低的地方。大部分声波在海水中经过这样的往复弯曲折射,而不与海面和海底接触,故能量损失很小,这种现象称为声道现象,声速最低的地方称为声道轴。

风浪的搅拌,使表层海水形成等温层。其中的静压力,使声速随深度的增加而略有增加。等温层内自声源出发的声线总是弯曲向上,经海面反射而向前传播,也可以传播到较远的地方,称为表面声道。

层次分类

于是声波传播速度在整个大洋变成上下两层,两层交界处就形成了特殊的声道轴,由于声波在传播时总向声速慢的界面弯曲,因此声道轴上下方的声音都会折回声道轴;于是乎,声能被限制在声道轴上下一定深度范围内传播不接触海面与海底,这就像在声道轴上下各放一块反射声特别好的挡声墙,声音总是在两块挡声墙之间反射,能量不受损失,可以传播很远。这就形成了“深海声道”。

海洋中易于声传播的水层。由于海水中温度、盐度的分布不均,再加上压力作用,造成声速分布不均而形成。人们以此建立海洋水声系统,进行水下通信,接收遇险船舶求救信号,记录海底地震和火山爆发的时间和地点,军事上用以建立海上警戒、反潜、防潜作战系统等。