دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

دانشکده علوم دریایی

گروه فیزیک دریا

پایان نامه‌ی دکتری رشته‌ی فیزیک دریا

اثرناهمگونی‌های افقی و قائم بر روی انتشار امواج آکوستیک در دریای عمان (محدودۀ تنگه هرمز)

استادان راهنما :

مسعود صدری نسب

عباسعلی علی اکبری بیدختی

استادان مشاور:

وحید چگینی

مهدی محمد مهدی زاده

مهر ماه 1391

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده:

دریا محیطی پویا و دائما” در حال تغییر است هر کدام از پدیده های دریایی دارای خصوصیات منحصر به فردیدارند. جریان‌ها، امواج داخلی و تلاطم‌ها کوچک مقیاس، لایه بندی افقی و نیز پدیده های دیگر همچون جریان نفوذی، بر تغییرات افقی و قائم سرعت صوت اثر دارند. در این مطالعه در ابتدا بانک اطلاعات پارامترهای هیدروفیزیکی اندازه­گیری شده و رسوبات دریای عمان در محیط GIS گردآوری گردیده و تغییرات فصلی این داده‌هابه صورت سه بعدی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. با استفاده از داده­های اندازه­گیری شده، کانال‌های صوتی عمیق در دریای عمان شناسایی می‌شود.نتایج نشان می‌دهد، که اکثر این کانال‌ها در اعماق بین 1600 تا 1800 متری در سواحل جنوبی دریای عمان قرار دارند. با بررسی تغییرات سه بعدی و نیم‌رخ‌های افقی دریای عمان، مشخصمی‌شود که جریان خروجی از خلیج فارس به دریای عمان باعث ایجاد ناهمگونی افقی در محیطخواهد شد.این پدیده باعث وارونگی نمایه­های قائم دما و شوری می‌شود، و در نتیجه باعث وارونگی نیمرخ سرعت صوت خواهد شد. در این تحقیق، برای بررسی اثر ناهمگونی افقی بر روینحوۀ انتشار صوت از روش تئوری پرتو (در دو حالت وابسته به برد و مستقل از برد) استفاده می‌شود. همچنینهمانندسازی جریان نفوذی در آزمایشگاه و اثر آن بر روی افت و خیزهای سیگنال آکوستیکی در دو فرکانس kHz50 و kHz120 مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ضمن از روش تئوری پرتو برای بررسی اثر ناهمگونی‌های قائم بر روی انتشار صوت ناشی از پدیده تغییرات ریز مقیاس استفاده شده است.این مطالعه نشان می­دهد که جریان نفوذی و ساختار ریز قائم سرعت صوت باعث تغییرات در شکل، دامنه، تا خیر زمانی، فشار آکوستیکی و افت و خیزهای سیگنال خواهد شد. به طور مثال، وجود ساختار ریز قائم باعث پخش انرژی صوتی و کاهش مکان‌های تاریک می‌شود. در ضمن در این مطالعه با استفاده از روش عددی کواردیچر، معادله موج آکوستیکی حل گردید. و برای صحت سنجی مدل از دو مثال معتبر در پیشینه تحقیق استفاده شد و نتایج بدست آمده تطابق بسیار خوبی با این دو مثال را نشان می‌دهد.

کلمات کلیدی: مشخصات آکوستیکی، جریان نفوذی، ناهمگونی‌ها افقی و قائم، شبیه سازی آزمایشگاهی، روش عددی کواردیچر

فصل اول

مقدمه و کلیات

1-1-مقدمه

فناوری ارسال سیگنال صوتی از میان لایه های مختلف آب در سیستم‌های مخابرات زیر آب کاربرد فراوانی دارد. سیگنال‌های آکوستیکی هنگامی که از میان لایه های آب عبور کنند، در زمان‌های مختلف، دچار تغییراتی بر روی شکل و فاز می‌شوند. اقیانوس محیط پویا و دائما” در حال تغییر است و هر کدام از پدیده­های اقیانوسی دارای خصوصیات منحصر به فردی می­باشند. به طور مثال پدیده­های همچون جریانات، امواج داخلی و تلاطم‌های کوچک مقیاس، لایه بندی افقی، جریانات نفوذی و افت و خیزهای دما و شوری در راستای قائم باعث ایجاد تغییرات بر روی سیگنال آکوستیکی می‌شوند. هر کدام از این پدیده­ها باعث ایجاد اکو بر روی سیگنال خروجی می­شوند. تنها خصوصیت فیزیکی اقیانوس که بر انتشار امواج آکوستیکی تأثیر می­گذارد، سرعت صوت می­باشد که دارای مقدار عمومی m/s 1500 در اقیانوس­های استوایی و معتدل است (تغییرات چگالی نیز بر انتشار این امواج مؤثر هستند، اما این تغییرات روی تمام ستون آب اقیانوسی قابل چشم پوشی هستند، ولی در لایه­های رسوبی در کف اقیانوس به عنوان فاکتور مهم در محاسبات در نظر گرفته می‌شود). سرعت صوت در اقیانوس تابعی از سه متغیر است: دما، شوری و فشار (یا عمق). این تابع، تابعی افزایشی از هر سه متغیر است. عبارتی ساده و تجربی برای سرعت صوت (m/s) برگرفته از مطالعه Mackenzie (1981) به صورت ذیل ارائه شده است:

(1-1)

که c سرعت صوت بر حسب و عمق بر حسب متر و شوری بر حسب واحد در هزار (PPT) در محدوده ، T دما بر حسب درجه سلسیوس می‌باشد. یک بررسی معمولی، نشان می‌دهد سرعت صوت حدود m/s 4 به ازای یک درجه تغییر دما، m/s 5/1 به ازای افزایش صد متر عمق و m/s 1 برای افزایش PPT1 افزایش می­یابد.

1-2- هدف تحقیق

به طور کلی، ناهمگونی‌های افقی به دلیل جریانات، پدی‌ها[1] و جبهه‌ها به وجود می‌آیند، همچنین ناهمگونی‌های قائم به دلیل ساختار تغییرات ریز قائم دما و یا شوری ایجاد می‌شوند. در دریای عمان یکی از پدیده­های که در مطالعات قبلی به آن اشاره شده است، جریان آب شوری و گرمی است که از خلیج فارس به دریای عمان سرریز می­شود. مطالعات زیادی در زمینه مشخصات این جریان انجام شده است. ورود این جریان نفوذی به دریای عمان باعث ایجاد وارونگی در دما و شوری در اعماق بین 200 تا 400 متری می‌شود و هر چه این جریان به اقیانوس هند نزدیک‌تر می‌شود از ضخامت آن کاسته می­شود. این جریان نفوذی باعث ایجاد وارونگی در ساختار قائم سرعت صوت می‌شود. برای بررسی اثر این جریان بر روی انتشار صوت در برخی از مکان‌های ایجاد وارونگی، شبیه سازی انتشار صوت در دو حالت وابسته به برد و مستقل از برد مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به مشکلات و محدودیت‌های آزمایش‌های آکوستیکی در مسیر جریان برون ریز خلیج فارس در محیط واقعی، سعی شده است با بهره گیری از یک مدل آزمایشگاهی، جریان برون ریز خلیج فارس را شبیه سازی نموده، و اثر این جریان را بر روی افت و خیزهای سیگنال آکوستیکی بررسی گردد.

1-2-1-ضرورت و اهمیت تحقیق

مدل‌سازی دقیق انتشار امواج صوتی، و بررسی اثرات محیطی، اولین قدم در طراحی و ساخت سیستم‌های پیشرفته صنعتی و نظامی دریایی (زیر آبی) و برآورد کار­آیی تجهیزات به کار گرفته شده در محیط زیردریا می‌باشد. تجهیزاتی که بر مبنای امواج صوتی کار می‌کنند در زمینه‌های مخابرات زیردریا، تعیین موقعیت و کشف هدف‌های ناشناخته زیر دریا، کشتی‌رانی، ناوبری و هدایت زیردریایی، کنترل، مراقبت و دفاع ضد زیردریایی، زمین‌شناسی، آشکارسازی زیردریایی، صیادی پیشرفته، اقیانوس نگاری، نقشه برداری و تصویربرداری بستر دریا، و اکتشاف و استخراج منابع نفت و گاز، مورد استفاده قرار می‌گیرند. امروزه ابزار مدل‌سازی و شبیه‌سازی، مهمترین وسیله‌ای است که استفاده کنندگان، طراحان سیستم و پژوهشگران می‌توانند توسط آن، پارامترهای طراحی سیستم‌های مورد نظر را در شرایط محیطی مختلف بررسی نمایند. ضمن اینکه، این کار (در مقایسه با انجام آزمایش‌های تجربی در دریا) هزینه بسیار کمتر و بازدهی بیشتری دارد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.