北极冰-水耦合系统中声波传播特性

• 作者: 刘胜兴 汤立国 李整林
• 来源期刊: 声学学报
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 页码范围: 553-563
• 页数: 11页
• 语种: 中文

摘要

利用固体和流体介质中波传播理论,导出了冰-水两层复合结构中导波频散方程.进一步,利用二分法对频散方程进行了数值求解,得到了 w-k频散曲线(w与k分别为圆频率和波数),以及相速度和群速度频散曲线.结果表明:冰-水两层复合结构中导波由具有相同厚度水层和冰层中导波耦合而成,但与水层和冰层中导波频散曲线相比,复合结构中导波频散曲线除第1阶模式外,其余高阶模式均发生了很大变化.从原水层第1阶模式的截止频率开始,复合结构第2阶模式的相速度曲线被压低,各高阶(大于2阶)模式的相速度曲线出现一个跃变点,群速度曲线出现一个极大和一个极小值.水层越厚,复合结构各高阶模式的截止频率越低,相同频带内导波模式越丰富.水层厚度保持不变时,复合结构各阶模式的相速度和群速度曲线均随冰层厚度的增加而向低频方向移动.另外,还进一步分析了冰-水复合结构的导波波结构,发现第1阶导波模式的能量主要集中在冰层内和海表面附近,而2阶以上高阶导波模式的振动位移幅度随深度方向呈现周期性特征,并且模式阶数越高,振动越复杂.