近日，哈尔滨工程大学“极地声学与海洋信息传输技术团队”成果《计入垂向温度非均匀的海冰声波导建模方法》于声学领域顶级学术期刊JASA（The Journal of the Acoustical Society of America）发表。第一作者为学校水声学院博士生马丁一，通讯作者为水声学院张宇翔教授，合作者为西北工业大学孙超教授。
作为全球气候系统的重要组成部分，北极海冰物理性质对于理解极区海洋环境、保障极区航行与通信均具有重要意义。声学方法因其对冰层结构与力学状态敏感，已成为海冰特性评估和跨冰通信的关键技术之一。然而，传统声学模型常将海冰视为均匀弹性板，忽略了其内部因温度垂直分布不均而引起的声速变化，导致在实际应用中出现评估偏差。
针对这一局限，本文提出了一种融合垂直温度剖面的海冰声波导建模方法。该方法通过“虚拟分层”思想将海冰内部连续的温度梯度离散为多个子层，进而构建“嵌套矩阵法”将宏观的“气‑冰‑水”物理结构与冰内虚拟声速分层进行耦合。通过固化模型矩阵规模实现了层化规模与计算复杂度解耦，从而兼顾了模型构建精度与灵活性需求，显著提高了模型在复杂环境下的适应性与计算效率。
研究利用谱元波动数值仿真开展试验验证。结果表明，与传统基于均匀介质的等效模型相比，本文所提出的分层模型能够更准确地再现海冰中的多模态频散特性，尤其在0.5 kHz以上频段，对泄漏模式如准Scholte波与准反对称模式的描述明显改善，指出了基于等效介质理论将海冰视为均匀介质的局限性。在此基础上，本文利用中国第12次北极科考实测数据，提出并对比了“等厚度”与“等声速变化”两种层化策略的表现差异。
本研究结果表明，在海冰声传播模型中合理引入环境温度剖面是面向极地复杂环境、提升预报准确性的必要步骤。所提建模框架不仅可服务极区声学探测、冰层厚度反演和水下通信等领域，以开展响应的冰声传播特性分析，同时也为后续集成积雪覆盖等实际冰情要素奠定了方法基础。
团队简介
哈尔滨工程大学“极地声学与海洋信息传输技术团队”，依托水声技术全国重点实验室和极地海洋声学与技术应用教育部重点实验室开展建设，长期致力于极地海洋声学与水声信息技术研究，承担国家自然科学基金杰出青年基金、科技部重点研发重点项目、 国防基础科研重点项目等国家级科研任务50余项，获得国家级、省部级科技奖励20余项。
期刊简介
The Journal of the Acoustical Society of America是声学领域领先的学术期刊，涵盖声音这一广泛跨学科主题的理论与实验研究成果。该刊面向物理学家、生命科学家、工程师、心理学家、生理学家、建筑师、音乐家和语言交流专家，是声学领域被引用最多的期刊之一。
信息来源:AIPP学术。
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