近日，我所在海洋声场预报研究方面取得重要进展，率先研发应用“海-底-声学”耦合模式（Ocean-Sediment-Acoustic coupled model）。该研究重点针对传统海洋模式缺乏海洋声场预报所需海底沉积物参数模拟能力的瓶颈科学难题，以海底沉积物温度敏感声学参数时变性强为突破口，在国际上率先构建海-底-声学耦合模式，实现了典型条件下声预报误差降低超10dB。

相关研究以“Enhancing marine acoustic field prediction in shallow seas using an ocean-sediment coupled model”为题发表于海洋声学顶刊《The Journal of the Acoustical Society of America》，我所杨光兵副研究员为论文第一作者，吕连港研究员和乔方利研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目、创新研究群体项目、专项项目等的资助。

海洋环境中水温、盐度、流场以及海底沉积物的性质都会影响声波传播特性，而海洋环境的快速变化给声场预报准确性带来重大挑战。此前的海洋声学预报模型大多仅能顾及海水的声学特性变化对声场的影响，极少涉及海底沉积物声学性质时变性的影响，这导致在陆架海等声波受海底影响显著海域的海洋声场预报结果经常存在明显误差。

针对上述这一涉及物理海洋学、海洋声学、沉积动力学、数值计算等多学科交叉的海洋声场预报瓶颈难题，我所海洋水文与水声环境调查分析支撑平台团队和海洋与气候环境数值保障平台团队的科研人员协同攻关，提出了一种基于海-底耦合模式的海洋声场预报模式，即海-底-声学耦合模式。研究结果表明，海-底-声学耦合模式在两个方面显著改善了声场预报：首先，海-底耦合模式能够提供动态变化的沉积物温度场，并进而用以给出随时间演变的温度敏感沉积物声学参数；其次，海-底耦合模式还能够给出更加准确的水温剖面。这些改进较传统海洋声学预报模式能够显著降低预报误差，在陆架海环境尤具突出优势。

近十年来，我所科研人员围绕“以多圈层耦合视角发展海洋声场预报”开展了长期系列研究工作。包括剧变天气过程对海洋声场的影响（JASA, 2016）；自主研制了“海底沉积物声学性质和温度剖面的原位定点连续测量装置”，以观测证据揭示海底热通量驱动下海底沉积物声学、热学同步变化过程（ECSS, 2020）；评估了我国近海海底热通量过程（OM, 2022）；率先构建海-底耦合模式（JPO, 2022）；最终建立了基于海-底耦合模式的海洋声场预报模型（JASA, 2025）。

相关论文链接：

Yang et al., 2025, JASA, https://doi.org/10.1121/10.0035831

Yang et al., 2022, JPO, https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0076.1

Yang et al., 2022, OM, https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2022.102073

Yang et al., 2020, ECSS, https://doi.org/10.1016/j.ecss.2020.106932

Yang et al., 2016, JASA, https://doi.org/10.1121/1.4962343

黄海南部黄海冷水团收缩过程中的环境变化和传播损失预报差异示例。（a）单海洋模式海水温度（等值线）和声速（填色）变化；（b）同（a），但为海-底耦合模式结果；（c）图（a）和（b）的差异；（d）海-底耦合模式得到的海底沉积物温度场和声速场；（e）海底沉积物声速垂向梯度（填色）以及沉积物声速与底层海水声速比率（等值线）；（f）蓝、红、黄分别为海-底耦合模式相对单海洋模式对海水、沉积物以及两者共同的改进所产生的对声传播损失误差的改进，绿色线为海底热通量。