七、海水之傳聲性質

音波在海水中傳播之速度比在空氣中為快，音速可用 $V = \sqrt{\frac{\gamma} {\rho \kappa}} \$ 一式來表示，式中 $\gamma = \frac{C_p}{C_v}$ ，
而 $\rho$ 與 $\kappa$ 分別為海水之密度以及壓縮係數(Compressibility)。
$\gamma, \rho, \kappa$ 等均為海水溫度、鹽度、深度之函數，故音速V亦為三者之函數，隨位置不同其值亦變。在
水深1000 m以內可用
$V (m/sec) = 1449.2 + 4.6T -0.055T^2 + 0.00029 T^3 + (1.34-0.010T)(S-35)+1.58 \times 10^{-8} P$
式中T之單位為 $^\circ C$ ，S為⁰/₀₀，P則為mb 。如 $30^\circ C$ ， $S \ 34.85 \ ^0/_{00}$ ， $P \ = 1 \ atm$ 時， $V\ = 1543 \ m/sec$ ，約為空氣中四至五倍。

(a)聲速隨深度變化之情形，注意在750m左右聲速為最慢，(b)左圖所對應之海水溫、鹽度垂直剖面分佈。
摘自D.E. Ingmanson and W.J. Wallace (1995) "Oceanography, An Introduction", 5th ed.。

聲波在海中傳播時會因海水各層鹽、溫、壓力分佈不均勻而產生差異，同時海水中懸浮物質亦會對音波產生散射、吸收、反射等作用。

如果中央水層聲速快，則聲波會在表層產生
導管效應(Sound duct)，水面船舶聲納所發出
的聲波在表層可以傳播很遠，但卻無法穿入
中層海水因此形成了蔭影區(Shadow zone)。
摘自D.E. Ingmanson and W.J. Wallace (1995)
"Oceanography, An Introduction", 5th ed.。

DSL (Deep Scatter Layer)﹕海中許多小型節肢動物（如小型蝦類）常結群蝟集，此等生物具有避光性，其所處之深度會隨時間變動。這些生物對音波會產生強烈的散射作用。

海研一號EK500測深儀之回跡信號，中層之強烈散射回跡(棕黑色)即為DSL，
下方之連續回跡則為海床以及海床的二次回跡。

Sound Channel（聲學通道）﹕聲速隨水溫降低而變慢，隨深度（壓力）增加而變快。在海洋水層中聲速有一極小值區，在此會形成波導現象(Wave guide)，聲波在此層中傳播時能量不易發散，往往可傳至數千公里外。

將聲源放在聲速極小值區內則聲波可以傳到很遠的地方，這個區域稱為聲學通道或是SOFAR(SOund Fixing And Ranging)通道，可替水下物體定位。
摘自D.E. Ingmanson and W.J. Wallace (1995) "Oceanography, An Introduction", 5th ed.。

8/7/1998