海洋聲光電波導效應及應用（簡體書）

現任海軍大連艦艇學院軍事海洋研究中心主任，教授，博士生導師；大連海事大學、大；理工大學客座教授；海軍航空工程學院博士生導師。兼任教育部高等教育指導委員會海洋科學與工程類專業教學指導分委員會委員；中國海洋學會理事；國家核心期刊《水動力學研究與進展》雜志編委；中國海洋學會軍事海洋學專業委員會第一任秘書長。“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“重大海洋災害預警及應急技術研究”國家海洋局預報中心海洋公益性行業科研專項――印度洋海域海洋環境數值預報系統國家863計劃資源環境技術領域海洋監測技術（701）主題―海上蒸發波導監測及診斷。

 第1章 緒論 （1）
1.1 自然界中聲光電波導的類型及其成因 （2）
1.1.1 自然界中聲光電波導類型及其性質 （2）
1.1.2 自然界中聲光電波導的形成原因 （5）
1.2 海洋中聲光電波導環境的重要性 （5）
1.2.1 海洋聲波導的重要性 （5）
1.2.2 海洋光學波導環境的重要性 （6）
1.2.3 海洋電磁波波導環境的重要性 （9）
1.3 海洋中聲光電異常傳播效應的研究現狀 （11）
1.3.1 聲波導的研究現狀 （11）
1.3.2 海洋中光學波導效應的研究現狀 （14）
1.3.3 海洋中電磁波波導效應的研究現狀 （18）
參考文獻 （23）
第2章 海洋聲波導現象與海洋環境 （35）
2.1 海洋中的聲波導現象 （36）
2.2 海洋聲波導的介質特性 （37）
2.2.1 海水中的聲速 （37）
2.2.2 聲波在海水中的擴展 （42）
2.2.3 海水中的聲吸收 （44）
2.3 海洋聲波導的邊界特性 （46）
2.3.1 介質邊界的反射特性 （46）
2.3.2 海面邊界 （47）
2.3.3 海底邊界 （48）
2.4 海洋聲波導的基本類型特征 （52）
2.4.1 深海中的聲波導 （52）
2.4.2 淺海中的聲波導與逆波導 （58）
參考文獻 （61）
第3章 聲波導的傳播特性 （63）
3.1 基本物理模型 （64）
3.1.1 波動方程及定解條件 （64）
3.1.2 射線模型 （66）
3.1.3 簡正波模型 （70）
3.2 深海聲波導 （72）
3.2.1 深海聲道波導 （72）
3.2.2 匯聚區波導 （73）
3.3 淺海聲波導 （86）
3.3.1 經驗公式 （86）
3.3.2 海底邊界影響 （87）
3.3.3 三類典型淺海波導的平滑平均聲場 （88）
3.3.4 環境變化對逆波導聲場的影響 （94）
3.4 表面波導 （101）
3.4.1 射線特征 （101）
3.4.2 經驗公式 （103）
3.4.3 平滑平均模型 （106）
3.4.4 淺海表面波導的簡正波聲場 （107）
3.4.5 環境變化的影響 （111）
參考文獻 （116）
第4章 中國周邊海域的聲波導分布特征 （117）
4.1 中國周邊海域聲速剖面結構的類型特征 （118）
4.1.1 深海型 （122）
4.1.2 淺海型 （123）
4.1.3 過渡型 （124）
4.2 中國周邊海域的深海匯聚區聲波導特征 （125）
4.2.1 聲速場結構 （125）
4.2.2 匯聚區波導特征 （141）
4.3 中國近海淺海溫躍層環境下的逆波導特征 （150）
4.4 中國周邊海域的表面波導特征 （155）
4.4.1 混合層結構的季節性特征 （155）
4.4.2 表面波導的季節性特征 （158）
4.5 兩類特殊海洋環境下的次表層波導特征 （167）
4.5.1 黃海、東海中層冷水引起的淺海次表層波導 （167）
4.5.2 北太平洋西部副熱帶模態水引起的深海次表層波導 （170）
參考文獻 （173）
第5章 中尺度環境條件下的聲波導效應 （175）
5.1 海底地形變化對聲波導的影響 （176）
5.2 海洋鋒對聲波導的影響 （177）
5.2.1 格陵蘭海西部鋒區中的聲波導效應 （178）
5.2.2 東海黑潮鋒環境下的聲波導效應 （186）

5.3 中尺度渦對聲波導的影響 （190）
5.3.1 塔斯曼海暖渦中的聲波導效應 （191）
5.3.2 灣流曲流和中尺度渦中的聲波導效應 （194）
5.3.3 南海西部暖渦中的聲波導效應 （200）
5.3.4 西太平洋北部冬季冷渦中的聲波導效應 （207）
參考文獻 （213）
第6章 光在湍流大氣中的傳輸特性 （215）
6.1 海洋大氣湍流形態 （216）
6.1.1 海洋大氣邊界層的基本特點 （216）
6.1.2 大氣湍流的形態 （216）
6.2 湍流場的描述 （217）
6.2.1 局部均勻各向同性湍流（柯爾莫哥洛夫理論） （218）
6.2.2 湍流中的溫度場和折射率場 （218）
6.3 湍流大氣中光傳播理論模型 （221）
6.3.1 湍流大氣中光傳輸的理論概述 （221）
6.3.2 光波動方程的形式 （222）
6.3.3 光傳播解析方法的分類與比較 （223）
6.4 光在弱湍流中的傳輸特征 （224）
6.5 光在強湍流中的傳輸特征 （226）
6.6 大氣湍流對激光的影響 （227）
6.6.1 光束漂移 （227）
6.6.2 光束擴展 （228）
6.6.3 到達角起伏 （229）
6.6.4 大氣閃爍 （230）
參考文獻 （231）
第7章 海洋大氣光學折射及波導效應 （233）
7.1 海洋大氣中光的波導效應 （234）
7.1.1 特征折射高度 （234）
7.1.2 光波的折射特征 （234）
7.2 基于通量算法的海洋邊界層光電波導環境評估 （238）
7.2.1 研究背景 （238）
7.2.2 相似理論及其拓展 （239）
7.2.3 通量算法 （242）
7.2.4 表層參數確定方案 （244）
7.2.5 海洋邊界層光電波導折射環境評估 （251）
7.3 海洋邊界層光學湍流計算方法研究 （254）
7.3.1 研究背景 （254）
7.3.2 海洋邊界層光學湍流效應 （255）
7.3.3 海洋邊界層光學湍流 計算模型 （257）
7.3.4 數值分析 （260）
7.3.5 模型的改進與試驗驗證 （265）

7.4 海洋邊界層光電波導異常傳播特征 （273）
7.4 1 研究背景 （273）
7.4.2 電磁波傳播的射線軌跡方程 （273）
7.4.3 光線軌跡的拋物線近似方法 （277）
7.4.4 異常折射環境下光線的傳播軌跡特征 （279）
7.4.5 異常折射環境下的最大探測距離 （282）
7.4.6 負折射環境下光電最大探測距離的計算 （285）
7.4.7 異常折射環境下光電探測目標特征 （288）
7.5 海洋邊界層波導湍流觀測試驗研究 （302）
7.5.1 問題提出 （302）
7.5.2 大氣湍流觀測試驗分析 （303）
7.5.3 光電探測試驗分析 （314）
參考文獻 （321）
第8章 海洋中的大氣波導現象 （325）
8.1 大氣波導 （326）
8.1.1 大氣波導的概念 （326）
8.1.2 大氣波導的分類及其特征量 （328）
8.1.3 形成波導傳播的條件 （329）
8.1.4 大氣波導特征分析 （330）
8.1.5 大氣波導的水平非均勻性（近岸效應）特征 （333）
8.1.6 大氣波導的應用 （335）
8.2 大氣波導的監測與統計 （338）
8.2.1 問題的引入 （338）
8.2.2 大氣波導的監測方法研究 （339）
8.2.3 波導特征量的反演應用 （345）
8.2.4 中國近海懸空波導天氣學模型研究 （350）
8.2.5 大氣波導統計分析 （354）
8.3 海洋蒸發波導的數值預報 （359）
8.3.1 問題提出 （359）
8.3.2 蒸發波導形成及其診斷模式的改進 （359）
8.3.3 基于中尺度模式MM5下的蒸發波導預報模型構建 （364）
8.3.4 蒸發波導預報模式的數值模擬與驗證 （368）
8.3.5 模式不同參數化方案對蒸發波導的影響研究 （373）
8.4 大氣波導試驗 （377）
8.4.1 海上實習試驗的數據分析 （377）
8.4.2 大連海域試驗的數據分析 （379）
8.4.3 平潭島試驗的數據分析 （382）
參考文獻 （385）

第9章 大氣波導環境下的電磁波傳播 （389）
9.1 麥克斯韋方程組及其演化 （390）
9.1.1 麥克斯韋（Maxwell）方程組 （390）
9.1.2 無界理想介質中的麥克斯韋方程組 （391）
9.1.3 導電介質中的麥克斯韋方程組 （392）
9.1.4 反射定律與折射定律 （392）
9.1.5 分層介質中電磁場方程 （394）
9.1.6 分層不均勻介質中的波導 （395）
9.2 大氣折射及其折射指數模型 （397）
9.2.1 對流層的氣象特征 （397）
9.2.2 大氣折射 （397）
9.2.3 折射指數模型 （399）
9.3 電磁波在海洋大氣中的標準與非標準傳播 （401）
9.3.1 電磁波在大氣中的傳播 （401）
9.3.2 電磁波在海洋大氣中的標準傳播機理 （405）
9.3.3 電磁波在海洋大氣中的非標準傳播機制和模型 （416）
9.4 大氣波導環境下的電磁波異常傳播 （421）
9.4.1 研究背景 （421）
9.4.2 波導環境下電磁波傳播的拋物近似數值模式 （422）
9.4.3 數值模擬及異常特征分析 （428）
9.4.4 研究總結 （433）
9.5 大氣波導環境下雷達電磁波測量誤差的分析 （433）
9.5.1 問題的提出 （433）
9.5.2 射線軌跡的微分形式 （434）
9.5.3 射線軌跡的積分表達形式 （435）
9.5.4 波導環境下射線軌跡的微分遞推算法 （435）
9.5.5 波導環境下雷達探測的異常誤差 （439）
9.5.6 波導環境下雷達低仰角異常誤差的仿真與分析 （442）
參考文獻 （450）
第10章 海洋聲光電波導效應的應用 （455）
10.1 聲波導的應用 （456）
10.1.1 聲波導的主要應用領域 （456）
10.1.2 聲波導與聲吶探測 （457）
10.2 海洋光電波導效應的應用 （473）
10.2.1 研究背景 （473）
10.2.2 主要近海活動區域光電探測環境關鍵參數特征分析 （474）
10.2.3 異常折射環境對紅外與微波傳播的差異性分析 （477）
10.2.4 海上光電與雷達探測性能的區劃方法 （481）

10.3 海洋大氣波導效應的應用 （492）
10.3.1 大氣波導在雷達、通信和電子對抗方面的應用 （492）
10.3.2 大氣波導在戰術和輔助決策方面的應用 （499）
10.3.3 非均勻大氣波導環境及其對雷達探測的影響 （504）
參考文獻 （511）