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深海水声学
深海海域约占世界海洋总面积的 88%,蕴藏着丰富的油气资源、矿产资源和生物基因资源。近年来,海洋竞争,尤其是深海领域的竞争日趋激烈。随着我国综合国力的不断提升,面对国际深海领域的激烈竞争,突破“第二岛链”、走向深海已成为我国面对全球化发展的必然选择,发展深海高技术是实现我国参与国际深海竞争的关键。
2009 年 7 月 3 日科技部、国家海洋局发布了《国家深海高技术发展专项规划(2009—2020 年)》。水声学在深海高技术发展中具有独特的作用:①信号处理算法和计算能力是实现高性能声呐的必备条件,但海洋声信号的相干性则是最终确定声呐性能的关键。相干性所涉及的科学技术问题大都与环境条件有关。声呐必须能有效使用的沿海海区可能很浅(1—200 m深),也可能很深(几公里深),还存在大陆架间断。水声信号在深水区的相干性比沿海海区更大,在信号不产生相互作用的情况下尤为如此。这就提供了利用相干性大幅度增大探测距离的机会。②深海传播条件受海面、海底影响较小,具有特殊的会聚区效应。充分利用深海的传播特性,对水下噪声检测、水声通信,大面积的水下观测网络意义重大。③各种水声设备要在深海环境下有效工作,必须克服由深海压力、海流、低温等各种条件所带来的不利影响。无论是载人还是无人系统都要有不同于浅海环境的受压、生活、动力、观测、导航、通信、自救的能力。要研制一系列可以在深海使用的数据采集/传输设备、环境监测的传感器、深海声发射换能器等。
北极水声学
北极地区是全球气候变化最为剧烈的地区之一,随着海水变暖造成的北极冰盖融化,北极的战略地位日益突出,也使其成为美、俄等大国博弈的焦点。同样,作为近北极国家的中国在北极地区也存在航道、资源、军事以及科研等维系国家未来发展空间的重大利益。建设海洋强国,理应将经略北极纳入战略视野。
北极水声学即对北冰洋地区及其毗邻海域的海洋声学、水声学的研究工作,实际上高纬度地区的水声学研究都可以看作是极地声学的一部分。北极地区地理位置独特、气候寒冷,北冰洋的大部分区域终年被海冰覆盖,因此也形成了独特的声场环境。由于冰盖的作用,造成冰下噪声剧烈起伏以及强混响效应,并形成了北冰洋独有的半波导声道。因此,如何收集水声数据资料,掌握北极地区海域水声环境规律及机理,建立北极背景场、声信道模型,利用北极海洋环境水声效应,开展北极水声环境适配处理理论与方法研究,是确保我国海军在未来的北极机动作战中获取信息优势的重大能力需求,是我国潜艇隐蔽实施核威慑,保障舰艇北极地区航行安全,以及提高舰艇声呐装备环境适应性,提升探测、通信、导航技术水平的重大前沿基础研究需求。