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第1章 绪论1

1.1 自然界中声光电波导的类型及其成因2

1.1.1 自然界中声光电波导类型及其性质2

1.1.2 自然界中声光电波导的形成原因5

1.2 海洋中声光电波导环境的重要性5

1.2.1 海洋声波导的重要性5

1.2.2 海洋光学波导环境的重要性6

1.2.3 海洋电磁波波导环境的重要性9

1.3 海洋中声光电异常传播效应的研究现状11

1.3.1 声波导的研究现状11

1.3.2 海洋中光学波导效应的研究现状14

1.3.3 海洋中电磁波波导效应的研究现状18

参考文献23

第2章 海洋声波导现象与海洋环境35

2.1 海洋中的声波导现象36

2.2 海洋声波导的介质特性37

2.2.1 海水中的声速37

2.2.2 声波在海水中的扩展42

2.2.3 海水中的声吸收44

2.3 海洋声波导的边界特性46

2.3.1 介质边界的反射特性46

2.3.2 海面边界47

2.3.3 海底边界48

2.4 海洋声波导的基本类型特征52

2.4.1 深海中的声波导52

2.4.2 浅海中的声波导与逆波导58

参考文献61

第3章 声波导的传播特性63

3.1 基本物理模型64

3.1.1 波动方程及定解条件64

3.1.2 射线模型66

3.1.3 简正波模型70

3.2 深海声波导72

3.2.1 深海声道波导72

3.2.2 汇聚区波导73

3.3 浅海声波导86

3.3.1 经验公式86

3.3.2 海底边界影响87

3.3.3 三类典型浅海波导的平滑平均声场88

3.3.4 环境变化对逆波导声场的影响94

3.4 表面波导101

3.4.1 射线特征101

3.4.2 经验公式103

3.4.3 平滑平均模型106

3.4.4 浅海表面波导的简正波声场107

3.4.5 环境变化的影响111

参考文献116

第4章 中国周边海域的声波导分布特征117

4.1 中国周边海域声速剖面结构的类型特征118

4.1.1 深海型122

4.1.2 浅海型123

4.1.3 过渡型124

4.2 中国周边海域的深海汇聚区声波导特征125

4.2.1 声速场结构125

4.2.2 汇聚区波导特征141

4.3 中国近海浅海温跃层环境下的逆波导特征150

4.4 中国周边海域的表面波导特征155

4.4.1 混合层结构的季节性特征155

4.4.2 表面波导的季节性特征158

4.5 两类特殊海洋环境下的次表层波导特征167

4.5.1 黄海、东海中层冷水引起的浅海次表层波导167

4.5.2 北太平洋西部副热带模态水引起的深海次表层波导170

参考文献173

第5章 中尺度环境条件下的声波导效应175

5.1 海底地形变化对声波导的影响176

5.2 海洋锋对声波导的影响177

5.2.1 格陵兰海西部锋区中的声波导效应178

5.2.2 东海黑潮锋环境下的声波导效应186

5.3 中尺度涡对声波导的影响190

5.3.1 塔斯曼海暖涡中的声波导效应191

5.3.2 湾流曲流和中尺度涡中的声波导效应194

5.3.3 南海西部暖涡中的声波导效应200

5.3.4 西太平洋北部冬季冷涡中的声波导效应207

参考文献213

第6章 光在湍流大气中的传输特性215

6.1 海洋大气湍流形态216

6.1.1 海洋大气边界层的基本特点216

6.1.2 大气湍流的形态216

6.2 湍流场的描述217

6.2.1 局部均匀各向同性湍流（柯尔莫哥洛夫理论）218

6.2.2 湍流中的温度场和折射率场218

6.3 湍流大气中光传播理论模型221

6.3.1 湍流大气中光传输的理论概述221

6.3.2 光波动方程的形式222

6.3.3 光传播解析方法的分类与比较223

6.4 光在弱湍流中的传输特征224

6.5 光在强湍流中的传输特征226

6.6 大气湍流对激光的影响227

6.6.1 光束漂移227

6.6.2 光束扩展228

6.6.3 到达角起伏229

6.6.4 大气闪烁230

参考文献231

第7章 海洋大气光学折射及波导效应233

7.1 海洋大气中光的波导效应234

7.1.1 特征折射高度234

7.1.2 光波的折射特征234

7.2 基于通量算法的海洋边界层光电波导环境评估238

7.2.1 研究背景238

7.2.2 相似理论及其拓展239

7.2.3 通量算法242

7.2.4 表层参数确定方案244

7.2.5 海洋边界层光电波导折射环境评估251

7.3 海洋边界层光学湍流计算方法研究254

7.3.1 研究背景254

7.3.2 海洋边界层光学湍流效应255

7.3.3 海洋边界层光学湍流C2n计算模型257

7.3.4 数值分析260

7.3.5 模型的改进与试验验证265

7.4 海洋边界层光电波导异常传播特征273

7.4.1 研究背景273

7.4.2 电磁波传播的射线轨迹方程273

7.4.3 光线轨迹的抛物线近似方法277

7.4.4 异常折射环境下光线的传播轨迹特征279

7.4.5 异常折射环境下的最大探测距离282

7.4.6 负折射环境下光电最大探测距离的计算285

7.4.7 异常折射环境下光电探测目标特征288

7.5 海洋边界层波导湍流观测试验研究302

7.5.1 问题提出302

7.5.2 大气湍流观测试验分析303

7.5.3 光电探测试验分析314

参考文献321

第8章 海洋中的大气波导现象325

8.1 大气波导326

8.1.1 大气波导的概念326

8.1.2 大气波导的分类及其特征量328

8.1.3 形成波导传播的条件329

8.1.4 大气波导特征分析330

8.1.5 大气波导的水平非均匀性（近岸效应）特征333

8.1.6 大气波导的应用335

8.2 大气波导的监测与统计338

8.2.1 问题的引入338

8.2.2 大气波导的监测方法研究339

8.2.3 波导特征量的反演应用345

8.2.4 中国近海悬空波导天气学模型研究350

8.2.5 大气波导统计分析354

8.3 海洋蒸发波导的数值预报359

8.3.1 问题提出359

8.3.2 蒸发波导形成及其诊断模式的改进359

8.3.3 基于中尺度模式MM5下的蒸发波导预报模型构建364

8.3.4 蒸发波导预报模式的数值模拟与验证368

8.3.5 模式不同参数化方案对蒸发波导的影响研究373

8.4 大气波导试验377

8.4.1 海上实习试验的数据分析377

8.4.2 大连海域试验的数据分析379

8.4.3 平潭岛试验的数据分析382

参考文献385

第9章 大气波导环境下的电磁波传播389

9.1 麦克斯韦方程组及其演化390

9.1.1 麦克斯韦（Maxwell）方程组390

9.1.2 无界理想介质中的麦克斯韦方程组391

9.1.3 导电介质中的麦克斯韦方程组392

9.1.4 反射定律与折射定律392

9.1.5 分层介质中电磁场方程394

9.1.6 分层不均匀介质中的波导395

9.2 大气折射及其折射指数模型397

9.2.1 对流层的气象特征397

9.2.2 大气折射397

9.2.3 折射指数模型399

9.3 电磁波在海洋大气中的标准与非标准传播401

9.3.1 电磁波在大气中的传播401

9.3.2 电磁波在海洋大气中的标准传播机理405

9.3.3 电磁波在海洋大气中的非标准传播机制和模型416

9.4 大气波导环境下的电磁波异常传播421

9.4.1 研究背景421

9.4.2 波导环境下电磁波传播的抛物近似数值模式422

9.4.3 数值模拟及异常特征分析428

9.4.4 研究总结433

9.5 大气波导环境下雷达电磁波测量误差的分析433

9.5.1 问题的提出433

9.5.2 射线轨迹的微分形式434

9.5.3 射线轨迹的积分表达形式435

9.5.4 波导环境下射线轨迹的微分递推算法435

9.5.5 波导环境下雷达探测的异常误差439

9.5.6 波导环境下雷达低仰角异常误差的仿真与分析442

参考文献450

第10章 海洋声光电波导效应的应用455

10.1 声波导的应用456

10.1.1 声波导的主要应用领域456

10.1.2 声波导与声呐探测457

10.2 海洋光电波导效应的应用473

10.2.1 研究背景473

10.2.2 主要近海活动区域光电探测环境关键参数特征分析474

10.2.3 异常折射环境对红外与微波传播的差异性分析477

10.2.4 海上光电与雷达探测性能的区划方法481

10.3 海洋大气波导效应的应用492

10.3.1 大气波导在雷达、通信和电子对抗方面的应用492

10.3.2 大气波导在战术和辅助决策方面的应用499

10.3.3 非均匀大气波导环境及其对雷达探测的影响504

参考文献511