南海珊瑚环礁主要以生物建造为主，珊瑚礁盘环绕水下高地生长，在地貌上构成环礁。环礁及其所围限的泻湖为浅水环境，通常水深在50m以内；环礁周缘为深水区，水深可从几十米迅速演变为上千米，因此环礁周缘通常表现为高陡斜坡，并不断接收从环礁剥落而来的珊瑚碎屑，形成斜坡沉积产物。这种独特的生物建造演化出独特的地形地貌、物质特性、水文环境以及声场结构等海洋环境特征。
岛礁区水下声场是一个十分复杂的时间-空间-环境因素参杂随机多途传输的环境，声波经过海面和海底多次反射造成严重的多径效应，使得声线经过多次反射后沿着不同路径到达接收点，在传输过程中，声波会发生严重的能量衰减和信号畸变。因而对岛礁海区水下目标信息的获取与探测，必须对声场有着充分的研究。地形作为影响水下声场结构的重要环境要素，一直是海洋学家的研究重点。年，Northrop等通过在美国加利福尼亚海域斜坡上布置声源进行实验测量发现，与平坦海底相比，由于斜坡的存在深海声道轴接收的声能量会增多，因此这种现象被称作“斜坡增强效应”，这种斜坡可以是大陆坡，也可以是岛礁斜坡。在夏威夷瓦胡岛海域，Tappert等使用抛物方程模型对岛礁水下真实的海洋环境进行了仿真研究。
国内秦继兴等对大陆坡二维声传播规律进行研究，实验结果表明大陆坡会对水体中能量分布、声信号脉冲展宽存在影响。胡治国等众多学者针对我国南海的陆架滑坡、海底山、海沟等地形开展大量试验研究与理论验证，为我国南海复杂的海底地形声场特性总结出宝贵的分布规律。年，张乾初等在南海北部的海洋环境噪声测量实验中，观测到航船噪声在岛礁区域斜坡地形引起的远距离传播进入深海声道的现象，着重分析了噪声谱级随深度变化的机理及受岛礁区域斜坡地形影响的深海海洋环境噪声空间的分布特性。
前人研究结果显示，明确不同地形下的水下声场结构及其分布规律，对改进声学探测技术，优化目标探测方法具有重要意义。但目前对岛礁斜坡地形下的水下声场结构及其分布规律研究相对较少。
本文以南海某珊瑚环礁为例，基于高分辨率的地形数据以及水文条件，利用快速、简便的射线追踪法构建岛礁斜坡水下声线传播路径模型，结合抛物方程模型对声传播损失的精确计算，总结我国南海岛礁斜坡水下声场的分布规律，重点分析斜坡地形对声线轨迹、传播损失、冲击响应等影响，以期为岛礁区海底环境的目标探测以及水下声学对抗等实践应用提供理论基础和技术参考。
一、
研究区域概括和地形特征
我国四大海域中渤海、黄海、东海都属于浅海，只有南海属于深海海域。本文研究区位于南海某海域，最大水深约m。
基于海底多波束测深数据，本文对某区域海底形貌进行了精细刻画，图1中显示了该区域海底复杂的微地貌结构特征。研究区主体属于典型独立生长的台礁，深度基准面以上的顶部礁体露出海面或退潮后露出海面，构成广大弧形礁盘；深度基准面以下的礁体水深范围10～50m，属于浅海环境。浅海区地形背景坡度介于0°～2°之间，相对较平坦。图1(b)给出了主要斜坡地形剖面，西侧斜坡陡峭坡度最高超过30°；东侧斜坡坡度平均在3°以上，极少区域坡度最高达45°；南侧斜坡坡度集中在10°～15°之中；北侧斜坡坡度分布在10°附近，存在部分坡度超过40°的斜坡。台地以外海域整体水深范围为～m处于半深海环境，背景坡度在0°～5°之间，海底凹坑洼槽边缘以及海底凸状隆起边缘坡度增大，最高坡度超过15°。
图1研究海域地形地貌
二、
声传播仿真模型
本文使用射线模型Bellhop计算在二维平面内声线传播轨迹，同时利用抛物近似模型RAM对水下声传播损失进行定量仿真。图2给出了通过计算研究海区水下m的实测温度剖面数据得到的水文剖面，在后续仿真过程中将使用夏季声速剖面。
图2研究海域6月、12月声速剖面
有关文献对南海岛礁区海底珊瑚沉积物的采样调查结果显示，与常见砂泥沉积物相比，岛礁区独特的珊瑚砂沉积物具有较高的孔隙度和孔隙比、较大的含水量，以及较小的湿密度。岛礁浅海区域由于海浪、海流等水动力因素的存在，使得细粒沉积物难以停留，而以块状、片状和粗短枝状的珊瑚为主。表1给出了某海底珊瑚类沉积物的参数。
表1海洋底质沉积物参数
依据沉积物声速c与中值粒径d之间的关系，计算沉积物声速，计算公式为：
c＝.26－.d＋.45d2⑴
根据经验公式，沉积物中声衰减系数(dB·m-1)近似与频率的β次方成正比，其中，f为频率(kHz)：
α＝0.3f0.8(dB·m-1)⑵
仿真中声源频率为1.5kHz，沉积物密度约为1.80g·cm-3，吸收系数为0.35dB·λ-1，海底沉积物厚度为20m，水深小于50m的浅海区域沉积物声速.9m·s-1，水深大于50m的深水区域沉积物声速.1m·s-1。图3为岛礁区水下声学环境模型，从上至下分别是水层、沉积层以及岛礁基底。
图3岛礁斜坡声学环境模型
本文针对声传播损失(dB·λ-1)的计算公式为：
LT（r,z）＝－10lgI（r,z）/Iref⑶
其中：LT（r,z）为声强，正比于声压p（r,z），由I（r,z）＝
p（r,z）
2得到，I为距离1m处的声强。而声压p（r,z）是由到达接收点的各条声线相干叠加而得：
其中，Aj（r,z）和k0φj（r,z）分别为第j条声线的声压幅度和相位。Vb和Vs分别为海底和海面声压反射系数，n和m为声线在海底和海面的反射次数。
三、
仿真结果分析
世界范围内普遍存在台地周缘的岛礁斜坡地形，声波在该区域传播存在两种形式：一种是从斜坡底部向岛礁台地传播，与之对应的是从岛礁台地向斜坡底部的传播。这两种传播在岛礁声学中十分重要，对岛礁地形内的目标探测、声隐身与反潜均存在着重要意义。目前，受人们