航海儀器的使用對於那些依賴海洋的人來說一直至關重要。根據恆星找到地球位置的方法很久以前就有了,但能夠追蹤水下物體的儀器是比較近才出現的。其中一種儀器是測深儀,它提高了航海的安全性。它的概念很簡單,就是測量從船上發射的聲波到達海底並返回所花費的時間。如果已知聲波在介質中的速度,就可以很容易地確定深度。另一種機制是在燈塔或燈船上使用水下鍾,並在船隻上使用水聽器來確定它們之間的距離。這些可以被認為是聲吶(SOund Navigation And Ranging)的前身。
還有很多動物利用水下聲音傳播來進行交流。
1841 年,讓-丹尼爾·科拉東 [1] 首次成功測量了水中的聲速。
由 Del Grosso 開發的水中聲速 (m/s) 公式[ 1] ,適用於海王星[ 2] 水域,取決於攝氏溫度 (T)、千分率 (ppt) 鹽度 (S) 和大氣壓強 (P)。
c ( T , S , P ) = 1449.08 + 4.57 T e − ( T / 86.9 + ( T / 360 ) 2 ) + 1.33 ( S − 35 ) e − T / 120 + 0.1522 P e T / 1200 + ( S − 35 ) / 400 + 1.4610 − 5 P 2 e − T / 20 + ( S − 35 ) / 10 {\displaystyle c(T,S,P)=1449.08+4.57Te^{-(T/86.9+(T/360)^{2})}+1.33(S-35)e^{-T/120}+0.1522Pe^{T/1200+(S-35)/400}+1.4610^{-5}P^{2}e^{-T/20+(S-35)/10}}
其中,壓力是深度[Km]和緯度的函式,由下式給出
P = 99.5 ( 1 − 0.00263 c o s 2 ϕ ) Z + 0.239 Z 2 {\displaystyle P=99.5(1-0.00263cos2\phi )Z+0.239Z^{2}}
圖 1:低緯度海區聲速剖面。未考慮鹽度梯度。
聲速對溫度非常敏感,溫度在溫躍層[2] 中變化很大。在 1000 米深以下,壓力控制著方程,隨著深度緩慢增加聲速。除非在非常特殊的情況下,如暴雨或河流與海洋相遇,否則鹽度對方程的影響非常小。
↑ Del Grosso (1974), J. Acoust. Soc. Am.,56,1084(1974). , p. 56,1084
↑ Leroy (1969), J. Acoust. Soc. Am.,56,1084(1974). , p. 46,216