2. 海洋环境参数与声速剖面
水声传播的一切计算，几乎都从声速开始。声速决定了声线如何折射、声波以什么角度到达接收器、声呐方程中的传播损失如何估计。而声速本身并不是一个常数——它随海水的温度、盐度和深度（静压力）变化，其中温度的影响最大，盐度次之，压力最小。理解这三者的作用规律，掌握声速经验公式，并认识典型声速剖面的形态，是后续声场建模的基础。
温度、盐度、深度对声速的影响
海水中的声速约为 1450～1550 m/s，比空气中约 340 m/s 快四倍多。三个环境参数的影响方向与量级各不相同：
- 温度：最主要的因素。温度每升高 1 ℃，声速约增加 3～4 m/s。在低温段（如 0～10 ℃）温度影响更显著，高温段略有减弱。海洋上层受太阳辐射加热，温度垂直变化剧烈，因此温度是决定上层声速剖面的主导量。
- 盐度：盐度每增加 1‰，声速约增加 1.2～1.3 m/s。开阔大洋盐度多在 33～37‰ 之间，变化范围小，因此对声速的贡献相对稳定；但在河口、近岸或融冰区，盐度梯度可能成为重要因素。
- 深度（压力）：深度每增加 100 m，声速约增加 1.6～1.7 m/s。压力本身使声速单调增大，但深层海水温度接近恒定（约 2～4 ℃），因此深层的声速随深度近似线性增加。
三者的综合效果是：上层声速由温度主导，可能出现剧烈变化；深层声速由压力主导，缓慢而稳定地增大。这种“上快下慢再转快”的组合，正是深海声道形成的物理根源。
声速经验公式
工程上常用经验公式由温度 T（℃）、盐度 S（‰）、深度 D（m）直接计算声速 c（m/s）。应用最广的是 Medwin 公式与 Mackenzie 公式。以 Mackenzie 九项式为例：
c = 1448.96 + 4.591T - 5.304e-2·T² + 2.374e-4·T³
+ 1.340(S - 35) + 1.630e-2·D + 1.675e-7·D²
- 1.025e-2·T(S - 35) - 7.139e-13·T·D³该式适用范围约为 T ∈ [0, 35] ℃、S ∈ [0, 45]‰、D ∈ [0, 8000] m，标准误差约 0.07 m/s，足以满足大多数建模需求。使用时需注意：公式中的深度项已隐含压力效应，无需再单独叠加压力修正；盐度必须以千分比而非百分比代入。
典型声速剖面类型
把声速随深度的变化画成曲线，就是声速剖面（SSP）。不同海域、不同季节的剖面形态差异很大，常见的有三类：
等温层型：多见于冬季高纬度海域或强风混合后的上层。风浪搅拌使上层温度均匀，声速随深度仅因压力缓慢增大，剖面近似一条缓升直线。此时声线弯曲很弱，传播条件接近均匀介质。
跃层型（负梯度）：夏季常见。表层受热形成暖水层，其下温度迅速下降，声速随深度快速减小，形成明显的负梯度。声线向声速小的方向弯曲，即向下弯折，表层声能难以到达深处，容易形成声影区，对浅层目标的探测不利。
深海声道型：典型大洋剖面。上层声速随深度减小，在数百米至千余米处达到最小值（声道轴），其下声速又因压力增大而回升。声线被“束缚”在声道轴附近往复折射，传播损失小、距离远，是远程水声传播的重要通道。声道轴深度随纬度与季节变化，中纬度大洋常在 1000 m 左右。
声速剖面的测量与数据获取
实际建模时，声速剖面数据主要有三种来源，精度与成本依次递减：
- 直接测量：使用声速剖面仪（如 SVP、CTD 附加声速传感器）逐深度记录声速。CTD 测量电导率、温度、压力，再由公式换算盐度与声速。投放时需控制下降速度（约 1 m/s），避免传感器响应滞后造成深度错位；测量前应做淡水校准，回收后用标准海水比对。
- 由温盐深数据换算：仅有 CTD 数据时，用 Mackenzie 或 Chen-Millero 公式逐层计算声速。这是最常用的方式，但要注意公式适用范围，超出范围（如极浅河口高盐度）时应改用更合适的公式。
- 历史数据库与再分析产品：如 WOA 气候态数据、Argo 浮标剖面。适合缺少现场测量的预研阶段，但时空分辨率有限，不能替代任务前的现场实测。
拿到剖面数据后，通常要做三步处理：剔除下降与上升段的重复数据、按 1 m 或更细间隔插值、检查是否存在异常跳变（多由气泡或传感器污染引起）。最终以“深度—声速”数对形式输入声场模型，作为折射计算的输入条件。
小结本节要点：温度是声速的第一主导因素，盐度与压力次之；Mackenzie 公式给出了三者到声速的定量映射；等温层、跃层、深海声道三类剖面分别对应不同的声线弯曲行为与传播条件；而可靠的剖面数据，必须来自规范测量或经过校验的换算流程。这些认识将直接支撑后续声线跟踪与传播损失的计算。