近日，我所在海洋聲場預報研究方面取得重要進展，率先研發(fā)應用“海-底-聲學”耦合模式（Ocean-Sediment-Acoustic coupled model）。該研究重點針對傳統(tǒng)海洋模式缺乏海洋聲場預報所需海底沉積物參數(shù)模擬能力的瓶頸科學難題，以海底沉積物溫度敏感聲學參數(shù)時變性強為突破口，在國際上率先構(gòu)建海-底-聲學耦合模式，實現(xiàn)了典型條件下聲預報誤差降低超10dB。

相關研究以“Enhancing marine acoustic field prediction in shallow seas using an ocean-sediment coupled model”為題發(fā)表于海洋聲學頂刊《The Journal of the Acoustical Society of America》，我所楊光兵副研究員為論文第一作者，呂連港研究員和喬方利研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金面上項目、創(chuàng)新研究群體項目、專項項目等的資助。

海洋環(huán)境中水溫、鹽度、流場以及海底沉積物的性質(zhì)都會影響聲波傳播特性，而海洋環(huán)境的快速變化給聲場預報準確性帶來重大挑戰(zhàn)。此前的海洋聲學預報模型大多僅能顧及海水的聲學特性變化對聲場的影響，極少涉及海底沉積物聲學性質(zhì)時變性的影響，這導致在陸架海等聲波受海底影響顯著海域的海洋聲場預報結(jié)果經(jīng)常存在明顯誤差。

針對上述這一涉及物理海洋學、海洋聲學、沉積動力學、數(shù)值計算等多學科交叉的海洋聲場預報瓶頸難題，我所海洋水文與水聲環(huán)境調(diào)查分析支撐平臺團隊和海洋與氣候環(huán)境數(shù)值保障平臺團隊的科研人員協(xié)同攻關，提出了一種基于海-底耦合模式的海洋聲場預報模式，即海-底-聲學耦合模式。研究結(jié)果表明，海-底-聲學耦合模式在兩個方面顯著改善了聲場預報：首先，海-底耦合模式能夠提供動態(tài)變化的沉積物溫度場，并進而用以給出隨時間演變的溫度敏感沉積物聲學參數(shù)；其次，海-底耦合模式還能夠給出更加準確的水溫剖面。這些改進較傳統(tǒng)海洋聲學預報模式能夠顯著降低預報誤差，在陸架海環(huán)境尤具突出優(yōu)勢。

近十年來，我所科研人員圍繞“以多圈層耦合視角發(fā)展海洋聲場預報”開展了長期系列研究工作。包括劇變天氣過程對海洋聲場的影響（JASA, 2016）；自主研制了“海底沉積物聲學性質(zhì)和溫度剖面的原位定點連續(xù)測量裝置”，以觀測證據(jù)揭示海底熱通量驅(qū)動下海底沉積物聲學、熱學同步變化過程（ECSS, 2020）；評估了我國近海海底熱通量過程（OM, 2022）；率先構(gòu)建海-底耦合模式（JPO, 2022）；最終建立了基于海-底耦合模式的海洋聲場預報模型（JASA, 2025）。

相關論文鏈接：

Yang et al., 2025, JASA, https://doi.org/10.1121/10.0035831

Yang et al., 2022, JPO, https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0076.1

Yang et al., 2022, OM, https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2022.102073

Yang et al., 2020, ECSS, https://doi.org/10.1016/j.ecss.2020.106932

Yang et al., 2016, JASA, https://doi.org/10.1121/1.4962343

黃海南部黃海冷水團收縮過程中的環(huán)境變化和傳播損失預報差異示例。（a）單海洋模式海水溫度（等值線）和聲速（填色）變化；（b）同（a），但為海-底耦合模式結(jié)果；（c）圖（a）和（b）的差異；（d）海-底耦合模式得到的海底沉積物溫度場和聲速場；（e）海底沉積物聲速垂向梯度（填色）以及沉積物聲速與底層海水聲速比率（等值線）；（f）藍、紅、黃分別為海-底耦合模式相對單海洋模式對海水、沉積物以及兩者共同的改進所產(chǎn)生的對聲傳播損失誤差的改進，綠色線為海底熱通量。