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聲波傳播的速度在整個海洋中變成了上下兩層,在上面的一層中,水層越深,聲速越慢;在下面的一層中,水層越深,聲速則越快。在這兩層交界的地方,形成了一個特殊的聲道軸,由於聲波在傳播中總是向聲速慢的界面彎曲,因此聲道軸上方和下方的聲音都會折回聲道軸。在上面的一層中,水層越深,聲速越慢;在下面的一層中,水層越深,聲速則越快。聲被限制在聲道上下一定的深度範圍內傳播,不接觸海面和海底,能量不受損失,可以傳到很遠的地方。就形成了「深海聲道」。

1 深海聲道 -發現

第二次世界大戰期間,美、蘇科學家分別發現,大洋深處有一些深海聲道可以讓聲波傳得很遠。在深海聲道里聲音可以傳播數千公里而不減弱。經過理論分析,科學家發現這是因為大自然在大洋深處造成對聲波傳播非常有利的深海聲道。海水下聲速基本上由溫度和海水壓力控制:溫度越低,聲速愈慢;海水壓力越大,聲速愈快。大洋中海水溫度是由太陽照射造成,因此溫度隨深度增加而降低,但是海水壓力卻在增加。所以由海面向下觀察就會發現,聲速先是隨深度增加、溫度降低而變慢,當達到最低值時,溫度不再改變,這時聲速就會隨海水壓力增大而變快。

深海聲道經常受到複雜海況的影響,海洋深度的變化、海底山脈的阻擋都是障礙。一般說來,如果海的深度變淺,對聲道會有明顯的影響,但如果不淺到聲道的下界,影響就不大,如果越過了下界,聲道中的部分聲波能量就會受損。海底愈淺,聲能受損就愈嚴重。如果海底穿過整個聲道,那麼聲道效應就沒有了,聲道就消失了。 

2 深海聲道 -原理

海水由於受太陽輻射加熱和風力攪拌等的影響,其溫度的垂直分佈一般呈分層結構,加上壓力的影響,使海洋中的聲速呈垂直分佈。從聲速最低的地方發射的聲波,由於上下層的聲速不同而發生折射,反映聲波傳播途徑的聲線,總是彎向聲速最低的地方。大部分聲波在海水中經過這樣的往複彎曲折射,而不與海面和海底接觸,故能量損失很小,這種現象稱為聲道現象,聲速最低的地方稱為聲道軸。

風浪的攪拌,使表層海水形成等溫層。其中的靜壓力,使聲速隨深度的增加而略有增加。等溫層內自聲源出發的聲線總是彎曲向上,經海面反射而向前傳播,也可以傳播到較遠的地方,稱為表面聲道。 

3 深海聲道 -層次分類

於是聲波傳播速度在整個大洋變成上下兩層,兩層交界處就形成了特殊的聲道軸,由於聲波在傳播時總向聲速慢的界面彎曲,因此聲道軸上下方的聲音都會折回聲道軸;於是乎,聲能被限制在聲道軸上下一定深度範圍內傳播不接觸海面與海底,這就像在聲道軸上下各放一塊反射聲特別好的擋聲牆,聲音總是在兩塊擋聲牆之間反射,能量不受損失,可以傳播很遠。這就形成了「深海聲道」。

海洋中易於聲傳播的水層。由於海水中溫度、鹽度的分佈不均,再加上壓力作用,造成聲速分佈不均而形成。人們以此建立海洋水聲系統,進行水下通信,接收遇險船舶求救信號,記錄海底地震和火山爆發的時間和地點,軍事上用以建立海上警戒、反潛、防潛作戰系統等。

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