Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

"УТВЕРЖДАЮ"
Декан радиофизического факультета
профессор ___________ С.Н.Гурбатов

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса
"Акустика океана"
по направлению подготовки 511500 "Радиофизика"
и по магистерской программе 511505- Акустика
(цикл специальные дисциплины)
Н.Новгород - 2001

1. Организационно-методический раздел.

    Программа предназначена для подготовки дипломированных специалистов по направлению подготовки 511500 "Радиофизика" и по магистерской программе 511505- Акустика (цикл специальные дисциплины). Курс "Акустика океана" читается в 8 и 9 семестрах. Он базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, математического анализа, дифференциальных уравнений, общей акустики, механики сплошных сред, теории колебаний и волн.
    Цель преподавания дисциплины - изучение физических основ распространения звуковых волн в океане. Основное внимание при чтении лекций уделяется наглядной интерпретации основных принципов анализа явлений в океанической среде при использовании максимально простых методов решения рассматриваемых конкретных задач.
    В процессе изучения дисциплины студенты должны преобрести элементарные знания по теоретическим основам океанологии и по основным методам расчета полей гидроакустического типа в неоднородных средах. От студентов требуется умение делать несложные оценки применительно к реальным физическим ситуациям.
    В результате изучения данной дисциплины студенты наряду с фундаментальной подготовкой должны приобретать специальные знания, необходимые для работы в качестве радиофизиков-исследователей в специальных и отраслевых НИИ, соответствующего профиля.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКЕАНА, ВЛИЯЮЩИЕ НА АКУСТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ

1.1. Введение. Акустика океана как отрасль океанологии: прямые и обратные задачи.
1.2. Неоднородность океанической среды. Физические свойства морской воды.
1.3. Стратификация океана. Типичные вертикальные профили скорости звука и соле-ности. Формула Медвина. Различные способы измерения скорости звука в морской среде.
1.4. Затухание и рассеяние звука в море. Коэффициент затухания. Формулы Шулкина-Марша, Торпа, Киблуайта, Шихи-Холи.
1.5. Физические характеристики поверхности и дна океана, влияющие на распространение звука в морской среде.
1.6. Крупномасштабные неоднородности океана.

2. ЛУЧЕВАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В ОКЕАНЕ

2.1. Уравнение Гельмгольца. Плоские и сферические волны.
2.2. Рефракция лучей в слоистой среде: закон Снеля, радиус кривизны и кривизна луча. Трехмерная рефракция.
2.3. Траектория луча в плоскослоистой среде. Кусочно-линейная аппроксимация скоро-сти звука.
2.4. Интенсивность звука, фактор фокусировки, каустики.
2.5. Геометроакустическое приближение: уравнение переноса и уравнение эйконала. Приближение ВКБ для плоскослоистой среды.

3. ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА ОТ ПОВЕРХНОСТИ И ДНА ОКЕАНА

3.1. Коэффициенты отражения и прозрачности на границе двух жидких сред.
3.2. Отражение плоской звуковой волны от жидкого слоистого дна.
3.3. Звуковое поле точечного источника, расположенного вблизи свободной поверх-ности.
3.4. Поле точечного источника, расположенного вблизи дна. Разложение сферической волны на плоские волны.
3.5. Боковая волна. Отражение от слоисто-неоднородного пространства. Каустики.

4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В УСЛОВИЯХ МЕЛКОГО МОРЯ

4.1. Лучевое представление поля точечного источника в однородном изоскоростном слое. Понятие "мнимых" источников.
4.2. Интегральное представление поля в слое.
4.3. Представление поля в слое в виде нормальных мод. Коэффициенты возбуждения. Затухающие и распространяющиеся моды. Концепция Бриллюэна.
4.4. Связь между различными представлениями поля в однородном волноводе
4.5. Распространение звуковых волн в двуслойной жидкости (волновод Пекериса)

5. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ПОДВОДНОМ ЗВУКОВОМ КАНАЛЕ

5.1. Модель глубокого моря. Канонический подводный звуковой канал.
5.2. Простейшая лучевая теория ПЗК. Коэффициент захвата энергии в ПЗК.
5.3. Выражение для поля точечного источника в ПЗК в виде суммы нормальных волн.
5.4. Интегральное представление поля в ПЗК.

6. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗВУКОВЫХ ПОЛЕЙ В ПЕРЕМЕННЫХ ПО ТРАССЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДАХ

6.1. Метод поперечных сечений. Адиабатическое приближение. Примеры исполь-зования лучевого инварианта.
6.2. Метод Барриджа-Вайнберга - горизонтальные лучи и вертикальные моды. Звуковое поле в клиновидной области.
6.3. Метод параболического уравнения.

Темы лабораторных занятий по курсу.

1. Селекция нормальных волн в маломодовом гидроакустическом волноводе.
2. Исследование акустического поля в однородной среде с плоской границей.
3. Исследование амплитудных характеристик обратного рассеяния акустических сигналов на телах простой формы.
4. Реконструкция локализованной неоднородности в плоскослоистом волноводе.

Студенты в течении 8,9 семестров выполняют по 3 лабораторных работы из выше перечисленного списка.

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля.

Итоговый контроль: зачет в конце 8 семестра, экзамен в конце 9-го семестра.

5. Учебно-методическое обеспечение курса.

5.1. Рекомендуемая литература (основная).

1. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 264 с.
2. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. - 343 с.
3. Клей К.С., Медвин Г. Акустическая океанография. М.: Мир, 1980. - 582 с.
4. Акустика океана / Под ред. Дж. Де Санто. М.: Мир, 1982.

5.2. Рекомендуемая литература (дополнительная).

1. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред (в приложении к теории волн). М.: Наука, 1982. - 335 с.
2. Бархатов А.Н. Вопросы акустики ограниченных и неоднородных сред. Учебное пособие. Горький: изд-во ГГУ, 1980.
3. Толстой И., Клей К.С. Акустика океана. М.: Мир, 1969.
4. Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989.
5. Урик Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1978.
6. Распространение волн и подводная акустика / Под ред. Дж.Келлера и Дж.Пападакиса. М.: Мир, 1980. - 229 с.
7. 7. Акустика в задачах. Учеб. рук-во. / Под ред. С.Н.Гурбатова и О.В.Руденко. М.: Наука, 1996. - 336 с.

Составитель программы:
Доцент Н.В.Прончатов-Рубцов