Sound Transmission through a Fluctuating Ocean (Cambridge Monographs on Mechanics) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Roger Dashen

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2010-04-08

价格:USD 24.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780521142458

丛书系列:Cambridge Monographs on Mechanics

图书标签:

Ocean acoustics
Underwater sound
Sound propagation
Oceanography
Fluid dynamics
Wave phenomena
Statistical physics
Nonlinear acoustics
Ocean modeling
Acoustic scattering

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具体描述

The ocean is transparent to sound where slight irregularities within the ocean cause sound fluctuations, and thus set limits on the many uses of sound in the ocean, similar to the limits imposed by the atmosphere on ground-based telescopes. This 1979 book attempts to connect the known structure of the ocean volume with experimental results in long-range sound transmission. Theories of wave propagation through irregular media, developed for optical and radio wave transmission are found to be inapplicable in many respects due to the complications of ocean structure, particularly the combination of anisotropy and 'sound channel'. The authors extend wave propagation theory to account for the ocean complications and introduces the path-integral approach to the solution of the strong-scattering regime that solves many long-standing problems. The book is written at the post-graduate level, but has been carefully organised to give experimenters a grasp of important results without undue mathematics.

声波在变幻莫测海洋中的传播：一本深入探索的专题论著《声波在变幻莫测海洋中的传播》（Sound Transmission through a Fluctuating Ocean）是剑桥力学专著系列中的一本，它为那些对海洋声学这一复杂而迷人的领域有深入理解需求的研究人员、工程师以及高级学位学生提供了一个宝贵的资源。本书并非一篇泛泛而谈的海洋声学入门读物，而是将焦点精确地锁定在“变幻莫测”这一关键特征上，深入剖析了声波在不断变化的海洋环境中传播时所面临的挑战与现象。海洋，作为地球上最广阔且动态的介质，其物理性质并非恒定不变。温度、盐度、压力以及流速等关键参数在时间和空间上都存在着显著的波动。这些波动，无论是缓慢的海流扰动，还是剧烈的声学湍流，都会对穿行其中的声波产生深远的影响。本书的核心价值在于，它系统地、深入地阐述了这些海洋环境的“变幻莫测”如何具体地塑造和改变声波的传播路径、能量衰减、相位畸变以及声场的统计特性。本书的结构设计严谨而逻辑清晰，旨在逐步引导读者进入复杂的理论和计算框架。开头部分，作者为读者构建了一个坚实的理论基础，回顾了声波在均匀介质中传播的基本原理，为后续讨论海洋环境的复杂性奠定了基石。这部分内容并非简单的知识复述，而是从一个与海洋声学应用紧密相关的角度出发，强调了基础理论在理解复杂现象中的必要性。接着，本书的核心内容——海洋环境的波动性及其对声波传播的影响——被逐一拆解和深入探讨。作者详细阐述了导致海洋变幻莫测的主要海洋物理过程，包括但不限于：热盐结构的时空变化：海水温度和盐度的垂直和水平分布并非静态，它们受到太阳辐射、季风、洋流以及蒸发、降水等多种因素的影响。这些变化形成了层结结构，如温跃层、盐跃层，以及更复杂的混合层。这些梯度变化会引起声折射，导致声波路径弯曲，并可能形成声波的传播“声道”（SOFAR channel）或“阴影区”。本书将深入分析这些梯度如何影响声速剖面，以及由此产生的声线理论和波动理论的解释。海洋湍流：湍流是海洋中普遍存在的现象，它导致局部区域的介质参数发生随机、快速的剧烈变化。这种微尺度、高强度的波动会对声波产生散射、相位扰动以及多径干涉效应。本书将深入探讨湍流的统计特性，如湍流尺度、强度以及能量耗散率，并分析它们对声波传播统计特性的影响，例如声场的闪烁（scintillation）和相干性的损失。海面和海底的动态变化：海面的起伏（波浪）会散射和反射入射的声波，影响近海面的声传播。同时，海底的形态（地形）和组成（沉积物类型）也会对声波传播产生反射、吸收和散射。本书会考虑这些动态边界条件如何叠加到体内的波动性上，进一步增加声传播的复杂性。海冰的影响（如适用）：在高纬度地区，海冰的存在以及其动态变化（如海冰的移动、裂缝、融化）会显著改变声波传播的边界条件和介质特性，尤其是在极地海洋声学研究中，这一点至关重要。为了量化和预测声波在这些复杂环境中的传播行为，本书引入了多种先进的数学模型和计算方法。这包括：射线理论（Ray Theory）：尽管有其局限性，但射线理论在描述长距离、高频声传播时仍然非常有用，它直观地展示了声波路径在海洋梯度中的弯曲。本书将讨论如何扩展射线理论以适应非均匀和随时间变化的海洋环境。波动理论（Wave Theory）：包括诸如傅里叶传播、简正模理论（Normal Mode Theory）以及波数积分方法（Pekeris wave theory）等，这些方法能够更精确地描述低频声传播以及近场效应，尤其是在考虑散射和干涉时。统计声学模型：鉴于海洋环境的内在随机性，统计方法在描述声场性质，如声压的概率分布、多径效应的强度以及相干性损失等方面显得尤为重要。本书将介绍如何利用统计模型来预测声场的平均行为和起伏。数值模拟方法：随着计算能力的提升，有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）、有限元法（Finite Element Method, FEM）以及快速场法（Fast Field Program, FFP）等数值方法被广泛应用于模拟复杂声传播。本书将详细阐述这些方法的原理及其在处理海洋变幻莫测环境中的应用，并可能探讨其精度和计算效率的权衡。本书的一个显著特点是，它不仅仅停留在理论推导，而是通过丰富的案例研究、实验数据分析以及与实际观测结果的对比，来验证所提出的理论模型和计算方法。作者引用了近年来在不同海域进行的海洋声学实验数据，例如在热带、温带、极地海洋，以及不同季节和天气条件下的观测结果，来直观地展示声波在变幻莫测海洋中的实际传播现象。这些案例分析有助于读者理解理论知识的实际应用价值，并掌握如何解释和分析真实的海洋声学数据。《声波在变幻莫测海洋中的传播》的论述风格严谨而精确，数学推导详尽，但又不失对物理概念的深入剖析。对于缺乏深厚数学背景的读者，本书的深度可能需要一定的耐心和额外的努力去消化。然而，对于希望在海洋声学领域做出贡献的研究人员而言，本书无疑是一本不可或缺的参考书。它不仅能够帮助读者建立对海洋声传播复杂性的全面认识，更能为他们提供解决实际工程和科学问题所需的理论工具和方法论。总而言之，这本书为我们打开了一扇窗，让我们得以窥探声波在地球上最动态、最神秘的领域之一——海洋——中的奇妙旅程。它为理解和预测水下声传播提供了最前沿的理论框架和最深入的洞察，是海洋声学领域任何一位严肃的从业者和学习者都应仔细研读的著作。它不仅仅是一本关于物理学的书，更是关于海洋、关于我们如何理解和利用这个庞大复杂系统的智慧结晶。