近日，我所在海洋聲場預(yù)報(bào)研究方面取得重要進(jìn)展，率先研發(fā)應(yīng)用“海-底-聲學(xué)”耦合模式（Ocean-Sediment-Acoustic coupled model）。該研究重點(diǎn)針對傳統(tǒng)海洋模式缺乏海洋聲場預(yù)報(bào)所需海底沉積物參數(shù)模擬能力的瓶頸科學(xué)難題，以海底沉積物溫度敏感聲學(xué)參數(shù)時(shí)變性強(qiáng)為突破口，在國際上率先構(gòu)建海-底-聲學(xué)耦合模式，實(shí)現(xiàn)了典型條件下聲預(yù)報(bào)誤差降低超10dB。

相關(guān)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(xué)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(xué)基金面上項(xiàng)目、創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、專項(xiàng)項(xiàng)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(huì)影響聲波傳播特性，而海洋環(huán)境的快速變化給聲場預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性帶來重大挑戰(zhàn)。此前的海洋聲學(xué)預(yù)報(bào)模型大多僅能顧及海水的聲學(xué)特性變化對聲場的影響，極少涉及海底沉積物聲學(xué)性質(zhì)時(shí)變性的影響，這導(dǎo)致在陸架海等聲波受海底影響顯著海域的海洋聲場預(yù)報(bào)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(xué)、海洋聲學(xué)、沉積動(dòng)力學(xué)、數(shù)值計(jì)算等多學(xué)科交叉的海洋聲場預(yù)報(bào)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(tái)團(tuán)隊(duì)和海洋與氣候環(huán)境數(shù)值保障平臺(tái)團(tuán)隊(duì)的科研人員協(xié)同攻關(guān)，提出了一種基于海-底耦合模式的海洋聲場預(yù)報(bào)模式，即海-底-聲學(xué)耦合模式。研究結(jié)果表明，海-底-聲學(xué)耦合模式在兩個(gè)方面顯著改善了聲場預(yù)報(bào)：首先，海-底耦合模式能夠提供動(dòng)態(tài)變化的沉積物溫度場，并進(jìn)而用以給出隨時(shí)間演變的溫度敏感沉積物聲學(xué)參數(shù)；其次，海-底耦合模式還能夠給出更加準(zhǔn)確的水溫剖面。這些改進(jìn)較傳統(tǒng)海洋聲學(xué)預(yù)報(bào)模式能夠顯著降低預(yù)報(bào)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(yù)報(bào)”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(xué)性質(zhì)和溫度剖面的原位定點(diǎn)連續(xù)測量裝置”，以觀測證據(jù)揭示海底熱通量驅(qū)動(dòng)下海底沉積物聲學(xué)、熱學(xué)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(yù)報(bào)模型（JASA, 2025）。

相關(guān)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(tuán)收縮過程中的環(huán)境變化和傳播損失預(yù)報(bào)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(lán)、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(jìn)所產(chǎn)生的對聲傳播損失誤差的改進(jìn)，綠色線為海底熱通量。