• 5

8.6. Скорость звука в океане

Как видно из материалов предыдущих разделов, скорость звука является важнейшей акустической характеристикой мор­ской среды.

В разделе 8.1 было указано, что сжимаемость Кр и ро — функции температуры Т, солености S и гидростатического дав­ления Р. Теоретически выразить зависимость скорости звука от всех этих параметров довольно трудно. Существует несколько эмпирических формул, выражающих зависимость скорости звука от Т, S, Р. Сейчас считают, что наиболее точной является фор­мула Вильсона [1], представляющая сумму членов, каждый из которых отдельно зависит от Т, S и Р, и члена, одновременно зависящего от всех трех параметров. Эта формула имеет сле­дующий вид:

с= 1449,14+Дсг+Acs+Acp+Acm»,            (8.77)

где

Дсг= 4,5721 Г-4,4532 • 10-2Г2-2,6045 . 10-4Г3+

+7,985 • I0~6r4; Дcs= 1,3980 (S- 35)+1,692 • 10~3 (5- 35)2; ДсР= 1,60272 • 10-^+1,0268 . 10~5Я2+ --+3,5216 • Ю"9/»-3,3603 • 10-12Я4; Дсге/>= (5—35) (—1,1244 • 10-2Г+7,7711 • 10~T2+

+7,7016 • Ю-ф-1,2943 • 10-7Я2+3,1580 • 10~*РГ+ + 1,5790 ■ Ю-ЭРН+ЯО-1,8607 . 10-4Г+ +7,4812 • Ю-6Г2+4,5283 • 10-8Г3)+ +Р2 (-2,5294 • 10-7Г+1,8563 • 10-эГ2)+ +Р3 (-1,9646 • 10"10Г).

Здесь с выражается в м/с, Т — в градуса*" Цельсия, S — в %о, Р — в кг/см2.

Для практических расчетов скорости звука были составлены таблицы поправок для членов (8.77). В частности, поправка к скорости на давление Р, выраженная через глубину погруже­ния z, имеет вид

Дс,=0,1656+1,648 02 • 10~2z+1,4680 • l<rW+ +4,315 • 10-Чг»—3,48 • 10-4*—3,4 • 10~2,zS- -1,2-10 "«г6.            (8.78)

В 1971 г. была дана более простая формула для вычисления скорости звука по измеренным значениям Т, S и Р:

с = 1449,30+ДсР+ДсГ+Дс5+Дсщ»,

где

&сР= 1,5848 • 10-^+1,572 • 10"5Я2-3,46 • 10",2Я4; Дс г=4,587Г — 5,356 . 10-2Г2+2,604 . 10-4Г3; Дс5=1,19(5-35)+9,6 • 10~2(S—35)3; &Ctsp= 1,35 . 10-57*2Я—7,19 • \0г7ТР2- — 1,2 • 10-Z(S—35) Т.

Температура морской воды вносит в изменение скорости звука наибольший вклад. При ее увеличении увеличивается значение Кр и уменьшается ро. Согласно (8.10) это приводит к увеличе­нию скорости звука. В табл. 34 приведено изменение Дст при изменении Т на 1° в различных температурных интервалах.

Таблица 34 10-20

20-30

30-40

Г°С . . . 1-10 ИзмененИ6

Дсг м/(с-град) 4,446-3,635 3,635-2,734 2,734-2,059 2,059-1,804

Соленость оказывает меньшее влияние на скорость звука. Соли, содержащиеся в морской воде, по-разному влияют на сжи­маемость Кр. Наибольшее влияние оказывает соль MgSCV Од­нако ее концентрация значительно меньше, чем концентрация NaCl, поэтому соль NaCl и оказывает основное влияние на сжи­маемость. Влияние различных солей, растворенных в морской воде, на ее сжимаемость и скорость звука приведено в табл. 35.

Таблица 35

Раствор

Концентрация

Скорость,

м/с

Прираще­ние ско­рости, и/с

Адиабати­ческая сжи­маемость, Ю>> сы'/днн

Приращение сжимаемости, 10" см*/Дня

г/кг

шмь/д

Дистиллиро­

 

 

 

 

 

 

ванная во­

 

 

 

 

 

 

да

1510,0

0,0

44,052

-0,000

NaCl

26,518

0,4649

1538,2

28,2

41,672

-2,380

MgS04

3,305

0.0281

1513,4

3,4

43,718

-0,334

MgCl,

2,447

0,0263

1512,9

2,9

43,802

-0,250

CaCU

1,141

0,0105

1510,9

0,9

43,961

-0,091

KC1

0,725

0,00997

1510,6

0.6

43,999

-0,053

NaHCO.

0,202

0,00246

1510,2

0,2

44,035

-0,017

NaBr

0,083

0,00083

1510,0

0,0

44,048

-0,004

2 = 36,2

2- -3,129

Поправка к скорости звука на гидростатическое давление в соответствии с (8.78) имеет следующую зависимость от глу­бины:

г м       0 10   100     1000   5000

Лср м/с. . . .0,166 0,330 1,815 16,796 86,777

Характер изменения с при изменении глубины на 10 м в раз­личных интервалах глубин представлен ниже:

г м       0         10 100 1000 5000

Градиент скорости

.... 0,165 0,165 0,165 0,168 0,1826

Дс

м/с

10 м

Из приведенных таблиц видно, что на больших глубинах ско­рость звука растет несколько быстрее, чем по линейному закону.

Среднее значение скорости звука в Мировом океане при­мерно 1500 м/с, а возможный диапазон ее изменчивости на по­верхности океана почти от 1430 до 1540 м/с, на больших глуби­нах (около 7 км) 1570—1580 м/с. Основным источником сведений о пространственно-временной изменчивости поля скорости звука в океане являются гидрологические измерения.

о 300

Рис. 79. Изменчивость

скорости звука в Миро- 900 вом океане.

Штриховка — область воз­можных значений скорости.

Характерные кривые е(г):

1          — Арктический бассейн;

2          — Тихий океаи (q>— зпПП

-41° 56' с. ш., Jl=151° 12' в", д.); зши

3          —.широтный разрез (<р—

—40° с. ш.) в Атлантическом ЛМ

океане.          ШО 1460 1490 1520 с М/С

Рисунок 79 дает общее представление об изменчивости ско­рости звука в Мировом океане. Здесь приведены граничные кри­вые вертикального распределения скорости звука от поверхно­сти до глубины 4000 м. Видно, что на глубинах >2 км с увели­чивается монотонно. На этом же рисунИе приведены некоторые наиболее характерные для Мирового океана профили скорости звука по глубине.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я