CN116341408B - 一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋模式数据的水声学应用技术领域，尤其涉及一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法。本发明基于垂向σ坐标、水平非结构化三角形网格的海洋模式数据，采用“先水平后垂向”的数据坐标处理思路，实现温盐深数据从海洋模式物理空间域向水声学应用物理空间域的有效转换，进而获取距离相关条件下的海洋水声场能量分布，为海洋模式与水声传播的耦合应用提供技术基础。本发明实现了从海洋模式产出的海洋动力环境要素数据出发，获取面向海洋水声学应用的温盐深数据坐标转换技术方案，且考虑了海洋动力环境要素的距离相关特性，便于实现海洋模式与水声传播耦合应用下的数据坐标转换模块化运算。

Description

一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法
技术领域
本发明属于海洋模式数据的水声学应用技术领域，尤其涉及一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法。
背景技术
海洋水声学应用与海洋模式之间的空间离散坐标不匹配，限制了海水温盐深数据在这两个领域之间的有效传递。常见的海洋模式在垂向上采用σ坐标、水平上采用非结构化三角形网格，而应用于工程实际的海洋水声传播模型坐标系是建立在水平距离-深度的二维空间上，且海洋特征现象与过程的水声学应用需要采用距离相关的海洋动力环境要素。传统的海洋特征现象与过程(如中尺度涡、海洋锋)的水声学应用问题是以历史观测数据为主，未考虑距离相关条件下的水声传播特性，而基于垂向σ坐标、水平非结构化三角形网格的海洋模式可提供精细化的三维温盐深数据。因此，针对距离相关的水声学应用问题，需建立一套衔接海洋模式与水声传播耦合应用的数据坐标转换方法。
发明内容
本发明创造的目的在于，提供一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法。该方法基于垂向σ坐标、水平非结构化三角形网格的海洋模式数据，采用“先水平后垂向”的数据坐标处理思路，提出一种距离相关水声学应用的三维温盐深数据坐标转换方案，实现温盐深数据从海洋模式物理空间域向水声学应用物理空间域的有效转换，进而获取距离相关条件下的海洋水声场能量分布，为海洋模式与水声传播的耦合应用提供技术基础。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法，包括如下步骤：
步骤1，划定海洋水声学应用所关注的海域范围，确定水下声源的空间位置与频率信息，以等间距离散方式获取水平距离-深度二维空间上的距离相关点位；
步骤2，以海洋模式水平尺度的非结构化三角形网格为基础，获取距离相关点位所在三角形网格的索引号，抽取固定时刻下海洋模式索引三角形网格的温度、盐度、深度数据，采用声速公式将温度、盐度、深度数据转换为海水声速剖面数据；
步骤3，在统一的深度分层框架下，以索引三角形网格的声速剖面数据为基础，采用三维离散数据插值方法获取距离相关点位在固定分层深度下的海水声速剖面数据；
步骤4，以距离相关点位的海水声速剖面数据作为海洋水声传播模型的输入信息，求解水平距离-深度二维空间上的声场能量分布。
对前述距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法的进一步改进或者优选实施方案，所述步骤1的具体步骤如下：
步骤1.1，海洋水声学应用所关注的海域范围必须在海洋模式产出数据的范围之内，在水平尺度上选定水声学应用的水平距离-深度二维空间，并确保水平距离-深度二维空间不跨越大陆与岛礁；所述的水平距离-深度二维空间为一平面；考虑到中尺度涡、海洋锋等海洋特征现象与过程所涉及的物理空间域水平距离至少为百公里量级，
步骤1.2，海洋水声学应用中的水下声源位于步骤1.1所选定的水平距离-深度二维空间内，确定水下声源的水平位置、深度位置、频率信息；
步骤1.3，在步骤1.1所选定的水平距离-深度二维空间内，采用等间距离散方式获取离散化的距离相关点位，距离相关点位的水平间距的参考范围为10km～50km、编号Num从①开始，且Num＝①时为声源所在的水平位置；在海洋模式σ坐标系中，设离散化的距离相关点位坐标为(xNum,yNum,σNum)；其中，σNum为分层的无量纲化垂向坐标参数，其数值范围为[-1,0]。
对前述距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法的进一步改进或者优选实施方案，所述步骤2的具体步骤如下：
步骤2.1，以海洋模式水平尺度的非结构化三角形网格为基础，采用点-面几何位置关系判断离散化的距离相关点位是否位于非结构化的三角形网格内；若编号为Num的距离相关点位在索引号为MeshIndex的三角形网格内，则输出索引号MeshIndex，该三角形网格定义为索引三角形网格；若编号为Num的距离相关点位不在索引号为MeshIndex的三角形网格内，则输出为空；
步骤2.2，根据索引三角形网格的索引号MeshIndex，提取固定时刻条件下该三角形网格的三个顶点空间位置与海洋动力环境要素信息；在水平尺度方面，通过三角形网格三个顶点的水平坐标插值得到距离相关点位的水平坐标(xNum,yNum)；在垂向尺度方面，三角形网格三个顶点的温度、盐度与深度为一一对应的数值关系，即海洋模式产出的温盐深数据是以三角形网格顶点为输出单元，提取索引三角形网格三个顶点的垂向坐标与海底深度以及分层的温度与盐度信息；其中，索引三角形网格三个顶点的垂向坐标分别为σNum-1、σNum-2、σNum-3，索引三角形网格三个顶点的海底深度分别为hNum-1、hNum-2、hNum-3，索引三角形网格三个顶点的分层温度分别为TNum-1、TNum-2、TNum-3，索引三角形网格三个顶点的分层盐度坐标分别为SNum-1、SNum-2、sNum-3；
步骤2.3，以步骤2.2所提取的索引三角形网格顶点的垂向坐标与海底深度以及温度与盐度信息为基础，采用声速公式将温度、盐度、深度数据转换为海水声速剖面数据；所述的声速公式表达式如下：
C(S,T,p)＝Cω(T,p)+A(T,p)S+B(T,p)S3/2+D(T,p)S2
式中：C为海水声速值，S、T、p分别为海水盐度、水温、静压力；静压力p与三角形网格垂向坐标的关系式为p＝-ρgσh，ρ、g分别为海水平均密度、重力常数；
其中，Cω、A、B、D为与海水温度和静压力相关的经验函数，其中，0≤S≤40、0°≤T≤40°、0Pa≤p≤108Pa，声速计算值的标准差为0.19m/s；
基于上述声速公式所获取的索引三角形网格三个顶点的海水声速剖面数据分别为CNum-1、CNum-2、CNum-3。
对前述距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法的进一步改进或者优选实施方案，所述步骤3的具体步骤如下：
步骤3.1，在海洋水声学应用的水平距离-深度二维空间，垂向离散为等平面的深度分层，即在统一的深度分层框架下构建海洋水声学应用的垂向坐标，所述的统一的深度分层框架一般为非等间距形式；
步骤3.2，离散化的距离相关点位过渡坐标设为(xNum,yNum,zNum)；其中，水平坐标(xNum,yNum)由步骤2.2获得，垂向坐标zNum由步骤3.1获得，且为分层的垂向坐标参数；
步骤3.3，采用三维离散数据插值方法，构建索引三角形网格三个顶点的空间坐标位置与离散化距离相关点位过渡坐标的数据插值函数关系f，即离散化的距离相关点位垂向过渡坐标为zNum＝f(hNum-1σNum-1,hNum-2σNum-2,hNum-3σNum-3)；
步骤3.4，将步骤3.3获取的数据插值函数关系拓展应用至海底深度和海水声速剖面数据，获取离散化的距离相关点位海底深度为hNum、声速剖面数据为CNum，即hNum＝f(hNum-1,hNum-2,hNum-3)、CNum＝f(CNum-1,CNum-2,CNum-3)；所述的CNum为统一的深度分层框架下的海水声速剖面数据；在陆地和海底沉积层处的海水声速剖面数据为缺省值状态(默认为NAN)。
对前述距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法的进一步改进或者优选实施方案，所述步骤4的具体步骤如下：
步骤4.1，以声源为中心构建海洋水声学应用的局部坐标系，在水平距离-深度二维空间内，离散化的距离相关点位坐标为；其中，在统一的深度分层框架下，离散化距离相关点位的海水声速剖面数据CNum与/>为一一对应的数值关系；
步骤4.2，在水声学应用的水平距离-深度二维空间内划分离散的计算域网格，所述的计算域网格依附于步骤4.1所构建的局部坐标系；
步骤4.3，将步骤1.1所述的海域范围、步骤1.2所述的水下声源深度位置与频率信息、步骤3.1所述的等平面深度分层、步骤3.4所述的距离相关点位海底深度与海水声速剖面数据、步骤4.1所述的距离相关点位坐标以及海底沉积层声学参数输入至海洋水声传播模型之中，求解水平距离-深度二维空间上的声场能量分布。
本发明提供了一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法，其有益效果在于：
1、实现了从海洋模式产出的海洋动力环境要素数据出发，获取面向海洋水声学应用的温盐深数据坐标转换技术方案；该方案便于实现海洋模式与水声传播耦合应用下的数据坐标转换模块化运算，涉及的数据抽取与插值运算对设备算力负荷小；
2、适用于海洋特征现象与过程或长距离条件下的水声学应用问题，有助于精准刻画考虑距离相关海洋动力环境要素所获取的水声场能量分布；
3、依托统一的深度分层框架，能够使得海洋模式与水声传播的耦合应用拓展至范围深度达5500m的广阔海域，极大地拓展耦合应用的空间范围。
附图说明
图1是本发明实施例的总体流程图；
图2是本发明实施例中海洋水声学应用的水平距离-深度二维空间与海洋模式水平网格相互关系示意图；
图3是本发明实施例中的海洋模式垂向σ坐标示意图；
图4是本发明实施例中的距离相关点位与其所在三角形网格相互关系图；
图5是本发明实施例中海洋水声学应用垂向尺度上统一的深度分层框架示意图；
图6是本发明实施例中离散化距离相关点位的声速剖面数据图；
图7是本发明实施例中距离相关水声学应用在水平距离-深度二维空间的声场能量分布图；
图8是本发明实施例中距离无关水声学应用在水平距离-深度二维空间的声场能量分布图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
海洋模式、水声传播分别隶属于海洋学、水声工程领域，近年来海洋模式与水声传播的交叉融合趋势日益凸显。本发明提供的一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法，实现了从海洋模式产出的海洋动力环境要素数据出发，获取面向海洋水声学应用的温盐深数据坐标转换技术方案，且考虑了海洋动力环境要素的距离相关特性。在算法层面，本发明实施例所构建的数据坐标转换方法可在不改变海洋模式、水声传播的原本求解框架下独立存在，是搭建海洋模式与水声传播之间的“桥梁”或“纽带”，便于实现海洋模式与水声传播耦合应用下的数据坐标转换模块化运算。本发明实施例所涉及的数据抽取与插值运算对设备算力负荷小，在办公用的PC终端即可实现稳定运算。
本发明提供一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法。所述的海洋模式在水平尺度上采用非结构化三角形网格，在垂向空间的离散采用σ坐标方式。参考图1，为本发明提供的一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法的总体流程图，具体包括以下步骤：
步骤1，划定海洋水声学应用所关注的海域范围，确定水下声源的空间位置与频率信息，以等间距离散方式获取水平距离-深度二维空间上的距离相关点位；具体步骤如下：
步骤1.1，海洋水声学应用所关注的海域范围必须在海洋模式产出数据的范围之内，在水平尺度上选定水声学应用的水平距离-深度二维空间，并确保水平距离-深度二维空间不跨越大陆与岛礁；所述的水平距离-深度二维空间为一平面；考虑到中尺度涡、海洋锋等海洋特征现象与过程所涉及的物理空间域水平距离至少为百公里量级，参考图2，本发明实施例中海洋水声学应用的水平距离-深度二维空间在水平尺度的海域范围为300km；
步骤1.2，海洋水声学应用中的水下声源位于步骤1.1所选定的水平距离-深度二维空间内，确定水下声源的水平位置、深度位置、频率信息；参考图2，本发明实施例中水下声源的水平位置为水平距离-深度二维空间的右端，水下声源的深度为200m、频率为50Hz；
步骤1.3，在步骤1.1所选定的水平距离-深度二维空间内，采用等间距离散方式获取离散化的距离相关点位，距离相关点位的水平间距的参考范围为10km～50km、编号Num从①开始，且Num＝①时为声源所在的水平位置；在海洋模式σ坐标系中(参考图3)，设离散化的距离相关点位坐标为(xNum,yNum,σNum)；其中，σNum为分层的无量纲化垂向坐标参数，其数值范围为[-1,0]；参考图4，本发明实施例中海洋水声学应用的距离相关点位数为10个，即水平间距为30km。
步骤2，以海洋模式水平尺度的非结构化三角形网格为基础，获取距离相关点位所在三角形网格的索引号，抽取固定时刻下海洋模式索引三角形网格的温度、盐度、深度数据，采用声速公式将温度、盐度、深度数据转换为海水声速剖面数据；具体步骤如下：
步骤2.1，以海洋模式水平尺度的非结构化三角形网格为基础，采用点-面几何位置关系判断所有离散化的距离相关点位与非结构化的三角形网格的包含关系；若某个距离相关点位在某个三角形网格内，则输出该距离相关点位的编号Num以及对应的三角形网格的索引号MeshIndex，该三角形网格定义为索引三角形网格；否则输出为空；参考图4，本发明实施例中距离相关点位编号与其所在三角形网格索引号的对应关系详见表1；
表1 距离相关点位编号与其所在三角形网格索引号的对应关系
距离相关点位编号Num ① ② ③ ④ ⑤
三角形网格索引号MeshIndex 5059 4585 4587 4351 4352
距离相关点位编号Num ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
三角形网格索引号MeshIndex 4119 4121 3892 3662 3426
步骤2.2，根据索引三角形网格的索引号MeshIndex，提取时刻编号为“0020”条件下该三角形网格的三个顶点空间位置与海洋动力环境要素信息；在水平尺度方面，通过三角形网格三个顶点的水平坐标插值得到距离相关点位的水平坐标(xNum,yNum)，三角形网格三个顶点的水平坐标由表1所述的对应关系查询获得；在垂向尺度方面，三角形网格三个顶点的温度、盐度与深度为一一对应的数值关系，即海洋模式产出的温盐深数据是以三角形网格顶点为输出单元，提取索引三角形网格三个顶点的垂向坐标与海底深度以及分层的温度与盐度信息；其中，索引三角形网格三个顶点的垂向坐标分别为σNum-1、σNum-2、σNum-3，索引三角形网格三个顶点的海底深度分别为hNum-1、hNum-2、hNum-3，索引三角形网格三个顶点的分层温度分别为TNum-1、TNum-2、TNum-3，索引三角形网格三个顶点的分层盐度坐标分别为SNum-1、SNum-2、SNum-3；
步骤2.3，以步骤2.2所提取的索引三角形网格顶点的垂向坐标与海底深度以及温度与盐度信息为基础，采用声速公式将温度、盐度、深度数据转换为海水声速剖面数据；所述的声速公式表达式如下：
C(S,T,p)＝Cω(T,p)+A(T,p)S+B(T,p)S3/2+D(T,p)S2
式中：C为海水声速值，S、T、p分别为海水盐度、水温、静压力；静压力p与三角形网格垂向坐标的关系式为p＝-ρgσh，ρ、g分别为海水平均密度、重力常数；
其中，Cω、A、B、D为与海水温度和静压力相关的经验函数，具体含义见《Preciseequation of state of seawater for oceanic ranges of salinity,temperature andpressure(作者：CT Chen，FJ Millero.1977)》、《Speed of sound in seawater at highpressures(作者：Chen，Chen-Tung.1977)》以及《海洋物理学(叶安乐、李凤岐.1992)》；其中，0≤S≤40、0°≤T≤40°、0Pa≤p≤108Pa，声速计算值的标准差为0.19m/s；
基于上述声速公式所获取的索引三角形网格三个顶点的海水声速剖面数据分别为CNum-1、CNum-2、CNum-3。
步骤3，在统一的深度分层框架下，以索引三角形网格的声速剖面数据为基础，采用三维离散数据插值方法获取距离相关点位在固定分层深度下的海水声速剖面数据；
步骤3的具体步骤如下：
步骤3.1，在海洋水声学应用的水平距离-深度二维空间，垂向离散为等平面的深度分层，即在统一的深度分层框架下构建海洋水声学应用的垂向坐标；参考图5，本发明实施例中统一的深度分层框架为非等间距形式、共划分为50层，海水深度与分层序号的对应关系详见表2；
表2 海洋水声学应用中统一的深度分层框架
所述的统一的深度分层框架具有在海面附近的离散深度值相对密集、在2000米以深的离散深度值相对稀疏的特点，从而刻画复杂多变的上层海水动力环境要素，并兼顾在深海中海水的温度和盐度要素随深度基本不变的规律。统计资料表明：全球海洋中深度大于5500米的海域占比约90％。所述的统一的深度分层框架覆盖海面0米至5500米的深度，在海面附近的离散深度值为5米、深海中的离散深度值为500米，能够使得海洋模式与水声传播的耦合应用拓展至范围深度达5500m的广阔海域，从而极大地拓展耦合应用的空间范围。
步骤3.2，离散化的距离相关点位过渡坐标设为(xNum,yNum,zNum)；其中，水平坐标(xNum,yNum)由步骤2.2获得，垂向坐标zNum由步骤3.1获得，且为分层的垂向坐标参数；
步骤3.3，采用三维离散数据插值方法，构建索引三角形网格三个顶点的空间坐标位置与离散化距离相关点位过渡坐标的数据插值函数关系f，即离散化的距离相关点位垂向过渡坐标为zNum＝f(hNum-1σNum-1,hNum-2σNum-2,hNum-3σNum-3)；
步骤3.4，将步骤3.3获取的数据插值函数关系拓展应用至海底深度和海水声速剖面数据，获取离散化的距离相关点位海底深度为hNum、声速剖面数据为CNum，即hNum＝f(hNum-1,hNum-2,hNum-3)、CNum＝f(CNum-1,CNum-2,CNum-3)；
本发明实施例中距离相关点位海底深度与其编号的对应关系详见表3；
表3 距离相关点位海底深度与其编号的对应关系
所述的CNum为统一的深度分层框架下的海水声速剖面数据；在陆地和海底沉积层处的海水声速剖面数据为缺省值状态(默认为NAN)；本发明实施例中10个离散化距离相关点位的声速剖面详见图6，分析可知垂向等平面条件下的声速值最大差异为14.50m/s，在针对海洋特征现象与过程或长距离条件下的水声学应用问题中距离相关的声速差异不容忽略。
步骤4，以距离相关点位的海水声速剖面数据作为海洋水声传播模型的输入信息，求解水平距离-深度二维空间上的声场能量分布，具体步骤如下：
步骤4.1，以声源为中心构建海洋水声学应用的局部坐标系，在水平距离-深度二维空间内，离散化的距离相关点位坐标为其中，在统一的深度分层框架下，离散化距离相关点位的海水声速剖面数据CNum与/>为一一对应的数值关系；
步骤4.2，在水声学应用的水平距离-深度二维空间内划分离散的计算域网格，所述的计算域网格依附于步骤4.1所构建的局部坐标系；本发明实施例中水平距离的网格步长为50m，深度方向的网格步长为10m；
步骤4.3，将步骤1.1所述的海域范围、步骤1.2所述的水下声源深度位置与频率信息、步骤3.1所述的等平面深度分层、步骤3.4所述的距离相关点位海底深度与海水声速剖面数据、步骤4.1所述的距离相关点位坐标以及海底沉积层声学参数输入至海洋水声传播模型之中，求解水平距离-深度二维空间上的声场能量分布；本发明实施例中选用抛物方程模型RAM求解声场能量分布，距离相关水声学应用的声场能量分布如图7。
图8为本发明实施例中距离无关水声学应用在水平距离-深度二维空间的声场能量分布图，对比分析可知：距离相关与距离无关的声场能量分布存在一定的数值差异；计算域网格中水声传播损失的均方差值为0.0578dB；计算域网格中水声传播损失的最大差值为61.52dB，具体位置为距声源260km附近的海底上坡位置，详见图8中的圆圈标示处。
在针对海洋特征现象与过程或长距离条件下的水声学应用问题中，考虑距离相关的海洋动力环境要素所获取的水声场结果更为精准。海洋模式一般关注区域海洋、开阔大洋甚至全球海域的海水温度、盐度等海洋动力环境要素的演变规律与发展趋势，而本发明实施例的坐标转换数据在兼顾数据精度的前提下，可有效保留随水平距离变化的海水声速剖面信息。对比图7和图8的声场能量分布结果可知，本发明实施例所构建的方法适用于海洋特征现象与过程或长距离条件下的水声学应用问题，有助于精准刻画考虑距离相关海洋动力环境要素所获取的水声场能量分布。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，划定海洋水声学应用所关注的海域范围，确定水下声源的空间位置与频率信息，以等间距离散方式获取水平距离-深度二维空间上的距离相关点位；
步骤2，以海洋模式水平尺度的非结构化三角形网格为基础，获取距离相关点位所在三角形网格的索引号，抽取固定时刻下海洋模式索引三角形网格的温度、盐度、深度数据，采用声速公式将温度、盐度、深度数据转换为海水声速剖面数据；
步骤3，在统一的深度分层框架下，以索引三角形网格的声速剖面数据为基础，采用三维离散数据插值方法获取距离相关点位在固定分层深度下的海水声速剖面数据；
步骤4，以距离相关点位的海水声速剖面数据作为海洋水声传播模型的输入信息，求解水平距离-深度二维空间上的声场能量分布；
所述步骤2的具体步骤如下：
步骤2.1，以海洋模式水平尺度的非结构化三角形网格为基础，采用点-面几何位置关系判断离散化的距离相关点位是否位于非结构化的三角形网格内；若编号为Num的距离相关点位在索引号为MeshIndex的三角形网格内，则输出索引号MeshIndex，该三角形网格定义为索引三角形网格；若编号为Num的距离相关点位不在索引号为MeshIndex的三角形网格内，则输出为空；
步骤2.2，根据索引三角形网格的索引号MeshIndex，提取固定时刻条件下该三角形网格的三个顶点空间位置与海洋动力环境要素信息；在水平尺度方面，通过三角形网格三个顶点的水平坐标插值得到距离相关点位的水平坐标(xNum,yNum)；在垂向尺度方面，三角形网格三个顶点的温度、盐度与深度为一一对应的数值关系，即海洋模式产出的温盐深数据是以三角形网格顶点为输出单元，提取索引三角形网格三个顶点的垂向坐标与海底深度以及分层的温度与盐度信息；其中，索引三角形网格三个顶点的垂向坐标分别为σNum-1、σNum-2、σNum-3，索引三角形网格三个顶点的海底深度分别为hNum-1、hNum-2、hNum-3，索引三角形网格三个顶点的分层温度分别为TNum-1、TNum-2、TNum-3，索引三角形网格三个顶点的分层盐度坐标分别为SNum-1、SNum-2、SNum-3；
步骤2.3，以步骤2.2所提取的索引三角形网格顶点的垂向坐标与海底深度以及温度与盐度信息为基础，采用声速公式将温度、盐度、深度数据转换为海水声速剖面数据；所述的声速公式表达式如下：
C(S,T,p)＝Cω(T,p)+A(T,p)S+B(T,p)S3/2+D(T,p)S2
式中：C为海水声速值，S、T、p分别为海水盐度、水温、静压力；静压力p与三角形网格垂向坐标的关系式为p＝-ρgσh，ρ、g分别为海水平均密度、重力常数；
其中，Cω、A、B、D为与海水温度和静压力相关的经验函数，其中，0≤S≤40、0°≤T≤40°、0Pa≤p≤108Pa，声速计算值的标准差为0.19m/s；
基于上述声速公式所获取的索引三角形网格三个顶点的海水声速剖面数据分别为CNum-1、CNum-2、CNum-3；
所述步骤3的具体步骤如下：
步骤3.1，在海洋水声学应用的水平距离-深度二维空间，垂向离散为等平面的深度分层，即在统一的深度分层框架下构建海洋水声学应用的垂向坐标，所述的统一的深度分层框架一般为非等间距形式；
步骤3.2，离散化的距离相关点位过渡坐标设为(xNum,yNum,zNum)；其中，水平坐标(xNum,yNum)由步骤2.2获得，垂向坐标zNum由步骤3.1获得，且为分层的垂向坐标参数；
步骤3.3，采用三维离散数据插值方法，构建索引三角形网格三个顶点的空间坐标位置与离散化距离相关点位过渡坐标的数据插值函数关系f，即离散化的距离相关点位垂向过渡坐标为zNum＝f(hNum-1σNum-1,hNum-2σNum-2,hNum-3σNum-3)；
步骤3.4，将步骤3.3获取的数据插值函数关系拓展应用至海底深度和海水声速剖面数据，获取离散化的距离相关点位海底深度为hNum、声速剖面数据为CNum，即hNum＝f(hNum-1,hNum-2,hNum-3)、CNum＝f(CNum-1,CNum-2,CNum-3)；所述的CNum为统一的深度分层框架下的海水声速剖面数据；在陆地和海底沉积层处的海水声速剖面数据为缺省值状态(默认为NAN)。
2.根据权利要求1所述的距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤如下：
步骤1.1，海洋水声学应用所关注的海域范围必须在海洋模式产出数据的范围之内，在水平尺度上选定水声学应用的水平距离-深度二维空间，并确保水平距离-深度二维空间不跨越大陆与岛礁；所述的水平距离-深度二维空间为一平面；
步骤1.2，海洋水声学应用中的水下声源位于步骤1.1所选定的水平距离-深度二维空间内，确定水下声源的水平位置、深度位置、频率信息；
步骤1.3，在步骤1.1所选定的水平距离-深度二维空间内，采用等间距离散方式获取离散化的距离相关点位，距离相关点位的水平间距的参考范围为10km～50km、编号Num从①开始，且Num＝①时为声源所在的水平位置；在海洋模式σ坐标系中，设离散化的距离相关点位坐标为(xNum,yNum,σNum)；其中，σNum为分层的无量纲化垂向坐标参数，其数值范围为[-1,0]。
3.根据权利要求1所述的距离相关水声学应用的海洋模式数据坐标转换方法，其特征在于，所述步骤4的具体步骤如下：
步骤4.1，以声源为中心构建海洋水声学应用的局部坐标系，在水平距离-深度二维空间内，离散化的距离相关点位坐标为其中，在统一的深度分层框架下，离散化距离相关点位的海水声速剖面数据CNum与/>为一一对应的数值关系；
步骤4.2，在水声学应用的水平距离-深度二维空间内划分离散的计算域网格，所述的计算域网格依附于步骤4.1所构建的局部坐标系；
步骤4.3，将步骤1.1所述的海域范围、步骤1.2所述的水下声源深度位置与频率信息、步骤3.1所述的等平面深度分层、步骤3.4所述的距离相关点位海底深度与海水声速剖面数据、步骤4.1所述的距离相关点位坐标以及海底沉积层声学参数输入至海洋水声传播模型之中，求解水平距离-深度二维空间上的声场能量分布。
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