西北太平洋副熱帶模態(tài)水形成區(qū)聲傳播特性分析

張旭，程琛，劉艷

（1.中國(guó)人民解放軍91550部隊(duì)，遼寧大連 116023；2.92493部隊(duì)博士后科研工作站，遼寧大連 116023）

西北太平洋副熱帶模態(tài)水形成區(qū)聲傳播特性分析

張旭1，2，程琛1，劉艷1

（1.中國(guó)人民解放軍91550部隊(duì)，遼寧大連 116023；2.92493部隊(duì)博士后科研工作站，遼寧大連 116023）

利用Argo剖面數(shù)據(jù)和水聲學(xué)數(shù)值模型，分析了西北太平洋副熱帶模態(tài)水（STMW）形成區(qū)因季節(jié)性環(huán)境差異所引起的水聲傳播變化特征。聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果表明，STMW形成區(qū)域的聲傳播為近表層波導(dǎo)與會(huì)聚區(qū)的復(fù)合形式，其中會(huì)聚區(qū)終年存在，表面波導(dǎo)在秋、冬兩季混合層加深的環(huán)境條件下出現(xiàn)，次表層波導(dǎo)在夏季STMW潛沉的環(huán)境條件下出現(xiàn)。上層海洋中兩類不同形式的波導(dǎo)使表層和次表層的聲能分布呈反相變化，波導(dǎo)內(nèi)與波導(dǎo)外的聲能差異可達(dá)10～15 dB（聲波頻率為1 000 Hz）。STMW的季節(jié)性變化還會(huì)引起會(huì)聚區(qū)的位置差異，具體情況與聲源深度有關(guān)。聲源在20 m時(shí)，夏季會(huì)聚區(qū)距離最遠(yuǎn)，秋季、春季次之，冬季最近，夏季和冬季相差6.6 km；聲源在150 m時(shí)，夏季會(huì)聚區(qū)距離縮短了3.1 km，其他季節(jié)變化不大。

模態(tài)水；西北太平洋；次表層波導(dǎo)；Argo；BELLHOP模型

1 引言

聲波在海洋中的傳播特性與所經(jīng)歷的海洋環(huán)境條件密切相關(guān)，海洋中的各種現(xiàn)象引起的水文環(huán)境分布變化往往使不同海區(qū)、不同季節(jié)的聲傳播方式出現(xiàn)顯著差異。關(guān)于西北太平洋聲傳播規(guī)律的研究已有大量報(bào)道，對(duì)于混合層［1－3］、溫躍層［4］和深海聲道［5－6］等參數(shù)的分布特征已有較為清晰的描述，關(guān)于聲速剖面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也有了初步的認(rèn)識(shí)［7］。西北太平洋主要為深海環(huán)境，存在深海聲道、會(huì)聚區(qū)、表面聲道、海面－海底反射聲道等聲傳播樣式，但一些較復(fù)雜的海洋現(xiàn)象往往使局部海區(qū)呈現(xiàn)出非均勻聲速水平分布，使聲傳播樣式出現(xiàn)異常，例如海洋鋒、中尺度渦、內(nèi)波等現(xiàn)象能夠使聲傳播產(chǎn)生會(huì)聚區(qū)偏移、多路徑傳播和水平折射等效應(yīng)［8－11］。盡管對(duì)于西北太平洋聲傳播規(guī)律的研究持續(xù)開展，但仍有很多特殊海洋現(xiàn)象對(duì)聲傳播影響的規(guī)律尚未被認(rèn)識(shí)，西北太平洋副熱帶模態(tài)水的存在和變化就是其中之一。

西北太平洋副熱帶模態(tài)水（STMW）最早由Masuzawa提出，是指副熱帶環(huán)流西北部永久性躍層之上的16～18℃水層，其主要特點(diǎn)是在一定厚度的次表層水層中海水密度呈現(xiàn)出較為均勻的分布［12］。STMW大體形成于黑潮和黑潮延伸體以南，區(qū)域范圍約為30°～34°N，140°～170°E［13－14］。由于STMW攜帶著大氣信號(hào)與海洋內(nèi)部橋接的關(guān)鍵示蹤信息［15］，其形成及演化機(jī)制受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的密切關(guān)注［16－18］。Hanawa和Talley總結(jié)了2000年以前相關(guān)的研究成果［19］，之后由于衛(wèi)星遙感和Argo浮標(biāo)帶來的技術(shù)革命，迅速積累的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)已能夠覆蓋到STMW形成、擴(kuò)展、消散全過程的區(qū)域，使得近十年來關(guān)于STMW物理機(jī)制的研究取得了較大的進(jìn)展，Oka和Qiu對(duì)這些成果進(jìn)行了全面的總結(jié)［20］。

盡管STMW作為一種海洋物理現(xiàn)象倍受關(guān)注，但它所引起的水聲環(huán)境變化和對(duì)聲傳播影響的研究尚未開展。本文嘗試對(duì)STMW環(huán)境下可能出現(xiàn)的聲傳播現(xiàn)象進(jìn)行初步分析，這對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)西北太平洋的水聲環(huán)境有一定意義。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

海區(qū)的聲速剖面結(jié)構(gòu)取決于水文環(huán)境，本文中采用美國(guó)國(guó)家海洋學(xué)數(shù)據(jù)中心（NODC）發(fā)布的Argo剖面數(shù)據(jù)［21］，剖面測(cè)量范圍一般為0～2 000 m之間，采樣數(shù)據(jù)主要包括水溫、鹽度和壓力，典型空間分辨率約為3°×3°，時(shí)間分辨率約為10 d［22］。為了反映STMW形成區(qū)的環(huán)境特性，本文選取STMW形成區(qū)（參見文獻(xiàn)［20］）的一個(gè)5°×10°矩形區(qū)域的Argo數(shù)據(jù)，區(qū)域范圍為29°～34°N、150°～160°E，時(shí)間范圍為2006－2012年，水溫、鹽度剖面數(shù)據(jù)共計(jì)2 322組（圖1）。

圖1 區(qū)域選取及數(shù)據(jù)分布Fig.1 The selected region in this paper and the distribution of the profilers'position

2.2 聲速剖面擴(kuò)充方法

Argo剖面數(shù)據(jù)的最大取樣深度通常為2 000 m左右，因此無法提供聲速剖面的深海部分，不能直接用于深海聲傳播的計(jì)算。針對(duì)這個(gè)問題，采用WOA09數(shù)據(jù)集對(duì)Argo剖面最大采樣深度以下的溫度、鹽度參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。WOA09數(shù)據(jù)集由美國(guó)國(guó)家海洋學(xué)數(shù)據(jù)中心（NODC）發(fā)布，是根據(jù)1900－2009年全球范圍的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)Levitus客觀分析方法得到的格點(diǎn)數(shù)據(jù)集，水平網(wǎng)格為1°×1°，深度范圍為0～5 500 m，垂直標(biāo)準(zhǔn)層為33層［23－24］。

首先，在WOA09數(shù)據(jù)集中選取與Argo剖面觀測(cè)時(shí)間及經(jīng)、緯度位置最為接近的氣候態(tài)剖面，并根據(jù)Mackenzie聲速經(jīng)驗(yàn)公式［25］計(jì)算聲速剖面。其次，采用10 m深度間隔對(duì)垂直分層進(jìn)行加密，對(duì)Argo觀測(cè)剖面和參考聲速剖面分別進(jìn)行插值處理，由Argo數(shù)據(jù)得到的聲速剖面記為cA（z），由WOA09數(shù)據(jù)得到的聲速剖面記為cW（z）。假設(shè)在深海聲道軸深度ZU之下水文環(huán)境趨于穩(wěn)定，Argo數(shù)據(jù)與WOA09數(shù)據(jù)在此深度之下交疊的部分一直接續(xù)到Argo剖面的最大采樣深度ZD。通過引入兩個(gè)比例系數(shù)kA（z）和kW（z）將兩個(gè)剖面在深海聲道軸之下的部分進(jìn)行融合，合成剖面的表達(dá)式為：

式中，深海聲道軸深度ZU為剖面中聲速最小值對(duì)應(yīng)深度，一般為900～1 100 m，而Argo剖面的最大采樣深度ZD約為2 000 m。根據(jù)式（1）～（3），兩剖面交疊部分之上水層由Argo數(shù)據(jù)提供，之下水層由WOA09數(shù)據(jù)提供；在交疊部分的深度范圍由兩類數(shù)據(jù)共同提供，其中越靠近頂部Argo數(shù)據(jù)的權(quán)重越大，越靠近底部WOA09數(shù)據(jù)的權(quán)重越大。

2.3 聲場(chǎng)計(jì)算方法

采用BELLHOP高斯束射線模型［26］計(jì)算聲場(chǎng)。與簡(jiǎn)正波模型（如Kraken）或拋物方程模型（如MMPE）相比，射線模型的主要優(yōu)勢(shì)是能夠清晰、準(zhǔn)確地描述聲能在水平非均勻環(huán)境傳播過程中的變化方式，因此更適用于本文所選取的西北太平洋深海海區(qū)。傳統(tǒng)射線模型通常受到高頻近似的限制，不能有效計(jì)算焦散線附近的傳播損失。Porter等通過引入地聲學(xué)中的高斯近似方法提出了BELLHOP模型，較好地解決了焦散線對(duì)聲場(chǎng)計(jì)算的影響，在處理聲能焦散和完全影區(qū)等問題方面相對(duì)于傳統(tǒng)模型有明顯地改進(jìn)，并且能夠適用于復(fù)雜三維環(huán)境下的聲場(chǎng)計(jì)算［26－28］。聲場(chǎng)計(jì)算過程中的參數(shù)設(shè)置如下：垂直方向和水平方向的分辨率分別取5 m和0.2km，聲波頻率取1 k Hz；掠射角范圍取－90°～90°，掠射角間隔設(shè)為0.5°。

3 聲速剖面結(jié)構(gòu)特征

圖2給出了根據(jù)2006－2012年的Argo數(shù)據(jù)得到的聲速垂直分布時(shí)間序列，圖中的點(diǎn)線表示在躍層深度范圍內(nèi)出現(xiàn)的弱梯度夾層的上、下邊界（以聲速負(fù)梯度絕對(duì)值小于0.05 s－1的深度范圍計(jì)算）。圖3給出了各月份平均聲速剖面的垂直結(jié)構(gòu)（由所選海區(qū)在不同年份、相同月份的剖面進(jìn)行平均得到）。

根據(jù)圖2和圖3可以看出，冬季末期是模態(tài)水形成的季節(jié)，混合層達(dá)到全年的最大深度（通?？蛇_(dá)200 m左右），冷的表層水通過混合對(duì)流作用與次表層的主躍層水相接觸，發(fā)生“溫躍層通風(fēng)”現(xiàn)象［15］，此時(shí)的聲速剖面滿足由混合層、主溫躍層和深海等溫層構(gòu)成的“三層結(jié)構(gòu)”。春季之后，太陽輻射的增強(qiáng)使混合層快速消退，近表層開始出現(xiàn)負(fù)梯度的季節(jié)性溫躍層，此時(shí)在冬末“溫躍層通風(fēng)”過程中形成的模態(tài)水仍滯留在次表層，形成了圖2中點(diǎn)線之間所標(biāo)示的較厚的弱梯度夾層。進(jìn)入夏季，近表層的季節(jié)性躍層達(dá)到最強(qiáng)，同時(shí)滯留在次表層的模態(tài)水逐漸潛沉進(jìn)入到主躍層內(nèi)部，厚度較春季有所減小，但整個(gè)水層的物理性質(zhì)更加均一，以致于聲速剖面開始出現(xiàn)正梯度分布。秋季，近表層混合對(duì)流作用的加強(qiáng)使混合層不斷加深，季節(jié)性躍層隨之消退，模態(tài)水在混合層的卷入過程中逐漸消蝕［15］，聲速剖面中弱梯度夾層在混合層的加深過程中逐漸瓦解，直到冬季末期混合層再次加深到主躍層的上部，新的“溫躍層通風(fēng)”現(xiàn)象又將開始。由以上分析可以看出，模態(tài)水的形成、擴(kuò)散及消亡過程對(duì)上層海洋聲速剖面結(jié)構(gòu)的影響非常明顯，全年中有超過半年的時(shí)間季節(jié)性躍層與主躍層都處于被弱聲速梯度夾層隔斷的狀態(tài)；相比之下，主躍層以下的深層水環(huán)境較為穩(wěn)定，月變化很小。

圖2 北太平洋西部副熱帶模態(tài)水形成區(qū)域聲速垂直分布時(shí)間序列Fig.2 Time series of vertical distribution of sound speed of STMW source area

4 聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析

圖4～7給出了STMW形成區(qū)域各季節(jié)典型聲場(chǎng)的比較，選取2月、5月、8月、11月作為冬季、春季、夏季、秋季的代表月份，聲場(chǎng)由BELLHOP模型計(jì)算，聲源深度設(shè)為20 m和150 m，深海部分的聲速剖面根據(jù)WOA09數(shù)據(jù)按式（1）～（3）計(jì)算得到。圖8給出了各季節(jié)的聲場(chǎng)在典型接收深度上的傳播損失曲線比較。由圖可見，模態(tài)水的季節(jié)轉(zhuǎn)換使聲場(chǎng)能量分布發(fā)生了顯著的變化，不同季節(jié)聲場(chǎng)的差異性與聲速剖面結(jié)構(gòu)和聲源深度變化有很大的關(guān)聯(lián)性。

當(dāng)聲源位于20 m時(shí)，對(duì)于秋、冬季聲場(chǎng)，近表層在有較深的混合層條件下形成表面聲道，進(jìn)入深海的聲波則形成會(huì)聚區(qū)聲道，兩類聲道同時(shí)存在；對(duì)于春、夏季聲場(chǎng)，近表層在季節(jié)性躍層環(huán)境下為負(fù)梯度聲速結(jié)構(gòu)，不能形成表面聲道，聲波直接進(jìn)入深海形成會(huì)聚區(qū)聲道。根據(jù)傳播損失曲線（見圖8），秋、冬兩季近表層聲能水平明顯高于春、夏兩季聲場(chǎng)，傳播損失相差10～15 dB（不包含會(huì)聚區(qū)附近區(qū)域）。

圖3 北太平洋西部模態(tài)水形成區(qū)域各月份的平均聲速結(jié)構(gòu)Fig.3 Profiles of monthly mean of sound speed of STMW source area

當(dāng)聲源位于150 m時(shí)，秋、冬和春季聲場(chǎng)都表現(xiàn)為會(huì)聚區(qū)傳播的樣式，相比之下夏季聲場(chǎng)的樣式較為特殊。對(duì)于冬季聲場(chǎng)，聲源深度在混合層底附近，只有少部分聲線對(duì)近表層聲能有所貢獻(xiàn)，但整體上表現(xiàn)為會(huì)聚區(qū)的樣式。對(duì)于夏季聲場(chǎng)，聲源位于聲速極小值附近，在其上的負(fù)梯度溫躍層和其下的正梯度模態(tài)水層的約束下，形成了明顯的水下波導(dǎo)式傳播，樣式與深海SOFAR聲道類似（由于波導(dǎo)層出現(xiàn)在次表層，本文將其稱為次表層波導(dǎo)，相應(yīng)的聲道為次表層聲道）。根據(jù)傳播損失曲線（見圖8），夏季聲場(chǎng)比冬季聲能高出約10 dB（不包含會(huì)聚區(qū)附近區(qū)域）。這種情況剛好與接收深度為20 m的情況形成鮮明的反差，這是因?yàn)橄募韭晥?chǎng)中近表層已在波導(dǎo)區(qū)域之外，因此到達(dá)的聲能明顯小于次表層。

表1給出了聲源－接收深度分別為20 m和150 m時(shí)的會(huì)聚區(qū)位置比較，會(huì)聚區(qū)位置以傳播損失曲線中聲能增益極大值所在位置計(jì)算。由表可見，當(dāng)聲源深度和接收深度在近表層（見圖8a）時(shí)，由于夏季聲場(chǎng)在近表層形成較強(qiáng)的季節(jié)性溫躍層，因此在從表層到深層的水柱中聲速整體躍變更強(qiáng)，對(duì)聲線偏折的影響更大，使得夏季會(huì)聚區(qū)距離最遠(yuǎn)。而冬季聲場(chǎng)有較厚的混合層，水柱中的聲速垂向躍變程度最弱，因此會(huì)聚區(qū)距離最近，第一會(huì)聚區(qū)的位置與夏季相差約6.6 km。春、秋兩季聲場(chǎng)的會(huì)聚區(qū)位置介于冬、夏兩季之間，其中秋季躍層更強(qiáng)一些，因此會(huì)聚區(qū)距離更遠(yuǎn)。會(huì)聚區(qū)位置的這些變化特征與文獻(xiàn)［29－30］報(bào)道的結(jié)果相一致。當(dāng)聲源深度和接收深度在次表層（見圖8b）時(shí)，對(duì)于春、秋、冬三季會(huì)聚區(qū)位置受環(huán)境變化的影響較小，第一會(huì)聚區(qū)的變化量值小于1.0 km，而對(duì)于夏季環(huán)境因素影響較大，會(huì)聚區(qū)距離減小了3.1 km。這是因?yàn)?，在春季和秋季的次表層都為較弱的負(fù)梯度結(jié)構(gòu)，不能對(duì)聲能形成陷獲作用，對(duì)會(huì)聚區(qū)起主要作用的小角度聲線進(jìn)入深海傳播，而夏季小角度聲線大部分限制在次表層波導(dǎo)之中，會(huì)聚區(qū)由掠射角更大的聲線提供，次表層的弱正梯度抑制了這些聲線向更深的水層偏折，因此到達(dá)的距離變近。

圖4 北太平洋西部模態(tài)水形成海區(qū)2月典型聲場(chǎng)Fig 4 Typical sound field of STMW source area in February

圖5 北太平洋西部模態(tài)水形成海區(qū)5月典型聲場(chǎng)Fig 5 Typical sound field of STMW source area in May

圖6 北太平洋西部模態(tài)水形成海區(qū)8月典型聲場(chǎng)Fig 6 Typical sound field of STMW source area in August

圖7 北太平洋西部模態(tài)水形成海區(qū)11月典型聲場(chǎng)Fig 7 Typical sound field of STMW source area in November

圖8 不同月份聲場(chǎng)傳播損失曲線比較Fig.8 Comparison of sound transmission loss curve among different months

表1 兩種聲源－接收深度條件下的會(huì)聚區(qū)位置比較Tab.1 Comparison of CZ position with two different source-receiver conditions

圖9 冬季表面波導(dǎo)與夏季次表層波導(dǎo)的聲線傳播比較Fig.9 Comparison of ray tracing pattern between the surface duct in the winter and that in the summer

5 討論

在同一海區(qū)的夏季和冬季，近表層與次表層交替出現(xiàn)聲波導(dǎo)傳播現(xiàn)象，這是STMW在生消變化過程中所引起的特殊聲傳播現(xiàn)象。然而，需要注意的是這兩類波導(dǎo)的形成機(jī)制并不相同。對(duì)于冬季的表面聲道聲場(chǎng)，聲波在正梯度聲速結(jié)構(gòu)的影響下，以海面反射的形式傳播；而對(duì)于夏季的次表層聲道聲場(chǎng)，聲波在負(fù)梯度與正梯度層的共同約束下以完整的水下波導(dǎo)形式傳播。圖9給出了這兩類聲道的聲線傳播圖比較，可以看出次表層聲道中的主要聲能幾乎不受海面狀況的影響，因此夏季次表層聲道的聲信號(hào)傳輸性能比冬季的表面聲道更可靠。

次表層波導(dǎo)形式的聲傳播現(xiàn)象并不僅限于西北太平洋，在大西洋的灣流區(qū)域也曾報(bào)道過類似的水聲學(xué)現(xiàn)象［31－32］，但以往的研究中并未出現(xiàn)過模態(tài)水環(huán)境對(duì)水聲傳播影響的報(bào)道。模態(tài)水作為大洋中的一種特殊的海洋物理現(xiàn)象，有著鮮明的區(qū)域性環(huán)境分布特征。在北太平洋，還有另外兩類副熱帶模態(tài)水（中部副熱帶模態(tài)水、東部副熱帶模態(tài)水）［33］，在北大西洋副熱帶海區(qū)也有類似水體的存在［34－35］。這些水體所引起的聲速環(huán)境分布變化各異，有待進(jìn)一步開展研究。

6 結(jié)論

在西北太平洋副熱帶模態(tài)水（STMW）的形成、運(yùn)動(dòng)、消蝕過程中，上層海洋的聲速環(huán)境有著鮮明的季節(jié)性變化，進(jìn)而對(duì)水聲傳播方式產(chǎn)生了重要影響。這種影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）對(duì)傳播方式和能量分布的改變。從秋季到冬季混合層的不斷加深為STMW形成創(chuàng)造了條件，使近表層聲場(chǎng)呈現(xiàn)表面波導(dǎo)的聲傳播方式；春季近表層的季節(jié)性躍層代替了混合層，使聲能只能以會(huì)聚區(qū)的形式傳播；夏季STMW潛沉進(jìn)入主躍層，次表層形成物理性質(zhì)極為均勻的水層，使聲場(chǎng)呈現(xiàn)次表層波導(dǎo)的傳播方式。聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果表明，秋、冬兩季的表面波導(dǎo)與夏季的次表層波導(dǎo)引起了近表層和次表層聲場(chǎng)中聲能分布的季節(jié)性反相變化，表面波導(dǎo)或次表層波導(dǎo)所在水層比波導(dǎo)層之外區(qū)域聲能高出10～15 dB（聲波頻率為1 k Hz）。

（2）對(duì)會(huì)聚區(qū)位置的改變。STMW的季節(jié)性變化過程中聲速結(jié)構(gòu)有明顯差異，使聲能的折射、反轉(zhuǎn)、會(huì)聚等過程發(fā)生了變化，其變化程度還與聲源深度有關(guān)。當(dāng)聲源位于近表層20 m時(shí)，夏季會(huì)聚區(qū)距離最遠(yuǎn)，冬季會(huì)聚區(qū)距離最近，兩者相差可達(dá)6.6 km，春、秋兩季介于冬、夏兩季之間；當(dāng)聲源位于次表層150 m時(shí)，STMW的潛沉削弱了主躍層對(duì)聲線折射的貢獻(xiàn)，夏季會(huì)聚區(qū)距離縮短了3.1 km，而春、秋、冬三季會(huì)聚區(qū)變化不大。

近年來，隨著海洋學(xué)數(shù)據(jù)的不斷積累（特別是Argo數(shù)據(jù)），對(duì)于全球海洋現(xiàn)象區(qū)域性、季節(jié)性變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)越來越細(xì)致。在此過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)很多海區(qū)的聲速剖面結(jié)構(gòu)并不是傳統(tǒng)意義上的“三層結(jié)構(gòu)”類型，使聲傳播呈現(xiàn)出不同形式的變異特征。特別是海洋鋒、中尺度渦、內(nèi)波等中尺度海洋現(xiàn)象的生消變化，造成了海洋水文環(huán)境在時(shí)間－空間上的顯著非均勻分布，使聲場(chǎng)特性復(fù)雜多變，難以預(yù)測(cè)。本文是應(yīng)用Argo數(shù)據(jù)對(duì)特殊海洋環(huán)境聲傳播效應(yīng)研究的一次嘗試，更多的認(rèn)識(shí)有待于海洋學(xué)方法與水聲學(xué)方法的交叉融合，這些研究有助于不斷積累的海洋學(xué)數(shù)據(jù)在水聲應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

［1］Suga T，Hanawa K.The mixed layer climatology in the northwestern part of the North Pacific subtropical gyre and the formation area of subtropical mode water［J］.J Mar Res，1990，48（3）：543－566.

［2］Bingham F M，Suga T.Distributions of mixed layer properties in North Pacific water mass formation areas：comparison of Argo floats and World Ocean Atlas 2001［J］.Ocean Sci，2006，2（1）：61－70.

［3］Ohno Y，Iwasaka N，Kobashi F，et al.Mixed layer depth climatology of the North Pacific based on Argo observations［J］.J Oceanogr，2009，65（1）：1－16.

［4］張旭，張永剛，張勝軍，等.菲律賓海溫躍層的區(qū)域性特征及其季節(jié)性變化［J］.海洋通報(bào)，2009，28（4）：17－26.

［5］Munk W H，F(xiàn)orbes A M G.Global ocean warmin：an acoustic measure［J］.J Phys Oceanogr，1989，19：1765－1778.

［6］孫琪田，張恩夫，韓軍.西北太平洋深海聲道的初步分析［J］.海洋學(xué)報(bào)，1995，17（3）：110－117.

［7］張旭，張永剛，張勝軍，等.菲律賓海的聲速剖面結(jié)構(gòu)特征及季節(jié)性變化［J］.熱帶海洋學(xué)報(bào)，2009，28（6）：23－34.

［8］Henrick R F，Seigmann W L，Jacobson M J.General analysis of ocean eddy effects for sound transmission applications［J］.J Acoust Soc Am，1977，62（4）：860－870.

［9］Henrick R F，Burkom H S.The effect of range dependence on acoustic propagation in a convergence zone environment［J］.J Acoust Soc Am，1983，73（1）：173－182.

［10］菅永軍，張杰，賈永君.海洋鋒區(qū)的一種聲速計(jì)算模式及其在聲傳播影響研究中的應(yīng)用［J］.海洋科學(xué)進(jìn)展，2006，24（2）：166－172.

［11］張旭，張健雪，張永剛，等.南海西部中尺度暖渦環(huán)境下匯聚區(qū)聲傳播效應(yīng)分析［J］.海洋工程，2011，29（2）：83－91.

［12］Masuzawa J.Subtropical mode water［J］.Deep-Sea Res，1969，16：463－472.

［13］Bingham F M.Formation and spreading of subtropical mode water in the North Pacific［J］.J Geophys Res，1992，97（C7）：11177－11189.

［14］Suga T，Hanawa K.The subtropical mode water circulation in the North Pacific［J］.J Phys Oceanogr，1995，25：958－970.

［15］黃瑞新.大洋環(huán)流：風(fēng)生與熱鹽過程［M］.樂肯堂，史久新，譯.北京：高等教育出版社，2012.

［16］Qiu B，Chen S.Decadal variability in the formation of the North Pacific subtropical mode water：oceanic versus atmospheric control［J］.J Phys Oceanogr，2006，36（7）：1365－1380.

［17］Liu Q，Hu H.A subsurface pathway for low potential vorticity transport from the central North Pacific toward Taiwan Island［J］.Geophys Res Lett，2007，34：L12710.

［18］Oka E，Toyama K，Suga T.Subduction of North Pacific central mode water associated with subsurface mesoscale eddy［J］.Geophys Res Lett，2009，36：L08607.

［19］Hanawa K，Talley L D.Mode waters［M］／／Siedler G，Church J，Gould J.Ocean Circulation and Climate.London：Academic Press，2001：373－386.

［20］Oka E，Qiu B.Progress of North Pacific mode water research in the past decade［J］.J Oceanogr，2012，68（1）：5－20.

［21］Operational Oceanography Group：Global Argo Data Repository［DB／OL］.U.S.Department of Commerce，National Oceanic and Atmospheric Administration，National Oceanographic Data Center，Silver Spring，Maryland，20910.Date of Access，2007.http：／／www.nodc.noaa.gov／argo

［22］The Argo Science Team.Report of the Argo Science Team 2nd Meeting（AST－2）［R］.2000：1－18.

［23］Locarnini R A，Mishonov A V，Antonov JI，et al.World Ocean Atlas 2009 Volume 1：Temperature［R］.NOAA Atlas NESDIS 68，USGovernment Printing Office，Washington DC，2010.

［24］Antonov J I，Seidov D，Boyer T P，et al.World Ocean Atlas 2009 Volume 2：Salinity［DB／OL］.NOAA Atlas NESDIS 69，US Government Printing Office，Washington DC，2010.

［25］Mackenzie K V.Nine term equation for sound speed in the oceans［J］.J Acoust Soc Am，1981，70（3）：807－812.

［26］Porter M B，Bucher H P.Gaussian beam tracing for computing ocean acoustic fields［J］.J Acoust Soc Am，1987，82（4）：1349－1359.

［27］Bucker H P.A simple 3-D Gaussian beam sound propagation model for shallow water［J］.J Acoust Soc Am，1994，95（5）：2437－2440.

［28］Weinberg H，Keenan R E.Gaussian ray bundles for modeling high-frequency propagation loss under shallow-water conditions［J］.J Acoust Soc Am，1996，100（3）：1421－1996.

［29］Bongiovanni K P，Siegmann W L.Convergence zone feature dependence on ocean temperature structure［J］.J Acoust Soc Am，1996，100（5）：3033－3041.

［30］張旭，張永剛，董楠，等.聲躍層結(jié)構(gòu)變化對(duì)深海匯聚區(qū)聲傳播的影響［J］.臺(tái)灣海峽，2011，30（1）：114－121.

［31］Fitzgerald R M，Guthrie A N，Nutile D A，et al.Influence of the subsurface sound channel on long-range propagation paths and travel times［J］.J Acoust Soc Am，1974，55：47－53.

［32］Dosso S E，Chapman N R.Acoustic propagation in a shallow sound channel in the Northeast Pacific Ocean［J］.J Acoust Soc Am，1984，75：413－418.

［33］Ladd C，Thompson L.Formation mechanisms for North Pacific central and eastern subtropical mode waters［J］.J Phys Oceanogr，2000，30：868－887.

［34］Qiu B，Huang R X.Ventilation of the North Atlantic and North Pacific：subduction versus obduction［J］.JPhys Oceanogr，1995，25（10）：2374－2390.

［35］Joyce T M.New perspectives on Eighteen Degree Water formation in the North Atlantic［J］.J Oceanogr，2012，68（1）：45－52.

Acoustic propagation effect caused by subtropical mode water of northwestern Pacific

Zhang Xu1，2，Cheng Chen1，Liu Yan1

（1.Unit 91550 of People's Liberation Army of China，Dalian 116023，China；2.Post-doctoral Scientific Research Work Station in 92493 Unit of People’e Liberation Army，Dalian 116023，China）

Acoustical propagation features caused by subtropical mode water（STMW）of Northwestern Pacific during seasonal transition are analyzed by Argo profile data and acoustic numerical model.The results of sound filed show that the main propagating pattern of STMW formed region is a combination of surface or subsurface duct and convergence zone（CZ）.The CZ exists all the year round，but the surface duct appears in a growing mixed-layer environment in autumn and winter，and the subsurface duct appears only in a STMW subduction environment insummer.Two types of duct propagation show an inverse pattern of sound energy distribution，and the difference can be around 10 to 15 dB between the internal and the external of the duct（sound frequency is 1 k Hz）.Seasonal transition of STMW can also lead to the change of CZ positions.The changes are influenced by the source depth.When the source locates at 20 m，the CZ position reaches its furthest in the summer，remains medium in the spring，and arrives its nearest in the winter，where the maximum difference can be 6.6 km.When the source locates at 150 m，the CZ reduces 3.1 km in summer and shows no distinct changes in other seasons.

mode water；northwestern Pacific；subsurface duct；Argo；BELLHOP model

P733.2

A

0253-4193（2014）09-0094-09

張旭，程琛，劉艷.西北太平洋副熱帶模態(tài)水形成區(qū)聲傳播特性分析［J］.海洋學(xué)報(bào)，2014，36（9）：94—102，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.011

Zhang Xu，Cheng Chen，Liu Yan.Acoustic propagation effect caused by subtropical mode water of northwestern Pacific［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（9）：94—102，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.011

2013-06-15；

2013-12-14。

張旭（1982—），男，黑龍江省蘿北縣人，博士，工程師，主要從事軍事海洋學(xué)、水下測(cè)量技術(shù)研究。