海洋面积约占地球表面总面积的70.8%。海洋是一个巨大的资源宝库，是地球生命之源，关乎人类的生存与可持续发展。但人们对海洋的了解远比不上对月球表面的认识。在海洋远距离探测中，声学技术具有突出的优势。因此，海洋声学在海洋学和声学中都占有重要地位。

海洋声学是交叉性极强的一门学科

小抹香鲸发射系统垂直截面的典型声速分布

海洋声学是研究声波在海洋中的传播规律，以及利用声波探测海洋的科学。水声学是声学的一个重要分支，研究声波在水下辐射、传播、接收等有关的声学现象与规律，以及解决与水下目标探测与信息传输有关的声学工程与技术问题。可见，海洋声学与水声学密切关联。海洋声学又是海洋物理学的一个重要方向，它的发展促进了海洋学科的发展。而海洋声学技术是海洋技术的重要组成部分，对信息处理、数字技术要求很高。

总的来说，海洋声学是交叉性极强的一门学科，与海洋科学、物理学、信息科学、材料科学等都能交叉融合，它既经典，又能不断产生新的方向。

海洋中有许多有趣的声学现象

东亚江豚、小抹香鲸与中华白海豚声呐系统水平和垂直截面的声速分布

海洋中有许多有趣的声学现象。海水温度、盐度、压力等会影响声波的传播速度，即声速。因此，水声技术可以获得大面积水体的平均温度和流速。类似于超声断层成像，海洋声层析技术可以对海域温度分布和流场进行反演成像。

此外，深海声道使得声波能够进行长距离传播，这体现了声波的折射效应。深海声道的形成与海水温度和压力的垂直分布有关。在海洋上层，当水深增大时，声速随着温度降低而下降；但在海洋下层，当恒温水深增大时，声速也增大，二者之间形成了一个低声速的声道轴。由于折射作用，声波在传播中弯向低声速区域，使声能集中在声道内，可以传播很远的距离。

声波在浅海传播时，还会受到海底和海面界面反射和散射等的影响，将沿着多个途径到达声接收系统。这种多途现象是浅海声传播的典型现象。浅海的有限水深甚至会使低于某个频率的声波难以长距离传播。

声波在海水介质中的传播受到多种海洋要素的影响

江豚目标探测模型构建过程

海洋生物集群，如鱼群、虾群等，也会对声波起散射作用，这体现了声波的散射效应。通过研究生物集群的目标散射特性并测量其散射强度，能够推算出生物集群的生物量，从而开展渔业声学评估。此外，海豚、抹香鲸等齿鲸类动物利用回声定位能够在黑暗的水下探测、识别和追捕猎物。大黄鱼等石首鱼科的鱼鳔振动发声、枪虾产生的空化噪声等进一步体现了海洋生物发声的广泛性及有关机制的多样性。

从这些海洋中的声学现象可以看出，声波在海水介质中的传播受到多种海洋要素的影响。因此，通过海洋声学的学习，可以掌握海洋声传播理论，分析海洋要素的影响并揭示典型条件下的声传播规律，从而透过现象看本质，提升我们对复杂海洋环境下的声学理论分析与技术实践能力。

随着海洋科学的不断发展，国家对具有海洋声学专业背景的人才需求日益迫切，对学科交叉融合的要求也日益提高。本书将海洋声学基础知识与有关科研成果结合，助力学生夯实基础理论、增强创新意识并提高实践能力，服务我国海洋科技创新型人才培养，服务国家人才战略。

ISBN 978-7-03-077751-5

张 宇 宋忠长 主编

本书亮点

本书基于海洋中的声传播理论，探讨海洋中的声折射、反射、散射、混响、水下噪声以及声呐方程，融入有关前沿研究进展。海豚声学特性、不均匀介质声传播理论及生物声呐方程是本书的特色。本书注重声学与海洋、生物、仿生等多学科交叉融合，服务海洋科技创新型人才培养。

作者团队

本书是作者结合多年来在厦门大学海洋与地球学院开展的水声教学实践及海洋科学研究编写而成，同时也参考了原海洋物理教研室的自编讲义，可供海洋物理、海洋技术、水声领域的本科生、研究生学习阅读，也可供相关科研工作者参考。

作者简介

张宇，教育部“长江学者”特聘教授，厦门大学海洋与地球学院教授，博导。长期从事海洋声学、仿生声学与海洋人工智能研究，在Science Advances、National Science Review、Journal of the Acoustical Society of America等学术期刊发表SCI论文160余篇，担任中国声学学会理事会、中国海洋学会深海技术分会理事会等理事。

宋忠长，厦门大学南强青年拔尖B类人才岗位副教授，博导。主要从事海洋声学、生物声学与仿生学研究，已发表学术论文50余篇，获批第6批中国博士后创新人才计划、卢嘉锡优秀研究生等。