Upload
yigit-mahmutoglu
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
1/97
T.C.
STANBUL NVERSTES
DENZ BLMLER VE LETMECL ENSTTS
AKDENZ KARADENZ SU ALTI AKUSTK
YAYILIM MODEL UYGULAMALARI
YKSEK LSANS TEZ
Kerem KPRL
Deniz Jeolojisi ve Jeofizii Ana Bilim Dal
Danman
Prof. Dr. Bedri ALPAR
TEMMUZ, 2006
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
2/97
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
3/97
NSZ
Trkiye Denizlerinde, farkl oinografik zelliklere sahip iki pilot blge seilerek, bu
blgelerin transmisyon kayplar farkl teorilere dayanan deiik su alt akustik yaylm
modeli yardmyla hesaplanmtr. Hesaplanan bu deerler NATO Su Alt Aratrma Merkezi
(Undersea Research Center) ile Dz. K.K., Seyir Hidrografi ve Oinografi Dairesinin ortak
olarak dzenledii projelerde llen deerlerle karlatrlarak, bahse konu iki farkl blge
iin hangi modelin daha doru sonular verdii aratrlmtr.
ncelikle blgeleri temsil eden modeller saptanm, daha sonra yaz lm deerleri
bulunan stanbul Boaz Karadeniz k iin, k mevsimine ait transmisyon kayplar da
hesaplanarak mevsimsel bir karlatrma yaplmtr. Antalya Krfezi aklarnda bulunan
dier blge iin ise, arazi lm yaplm hat iin saptanan model ayrca arazi lm
yaplm hatta dik olan bir hat zerinde de uygulanarak olas transmisyon kayplar derinlik ve
uzakla bal olarak modellenmitir. Bylece seilen iki pilot blge iin en iyi sonular
veren akustik yaylm modelleri kullanlarak baz karlatrmalar ve benzetimler yaplmtr.
Tez almam srasnda danmanlm srdren Prof. Dr. Bedri Alpara teekkr ederim.
Ayrca Dr. Tuncay Akala tez almas iin gerekli olan verileri salad ve fikirleriyle
katkda bulunduu iin, Do. Dr. Fatih Adatepeye de tezim srasndaki yardmlarndan dolay
teekkr ederim.
i
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
4/97
NDEKLER Sayfa
NSZ............................................................................................................. i
ZET................................................................................................................. iiABSTRACT...................................................................................................... iiiEKL LSTES................................................................................................ ivEK LSTES ..................................................................................................... xi
I. GR.............................................................................................................. 1
II.SU ALTI AKUST ve TEMEL PRENSPLER...................................... 32.1.Su Alt Akustii ve Tarihi............................................................... 32.2.Sesin zellikleri ve Baz Tanmlar................................................. 4
2.2.1. Ses basnc........................................................................ 52.2.2. Dalga iddeti..................................................................... 6
2.2.3. Desibel olarak ses iddeti.................................................. 72.3. Ses Hzn Etikleyen Parametreler................................................... 8
2.3.1. Scaklk............................................................................. 82.3.2. Tuzluluk............................................................................ 102.3.3. Basn............................................................................... 112.3.4. Younluk.......................................................................... 11
2.4. Transmisyon (letim) Kayplar....................................................... 112.5. Su Alt Akustiinde Kullanlan Kaynaklar ve Alclar.................... 142.6. Okyanusta Ses Yaylm.................................................................. 142.7. Akustik Yaylm Modelleri.............................................................. 16
2.7.1. In teorisi modelleri......................................................... 172.7.2. Normal mod modelleri...................................................... 172.7.3. Parabolik eitlik modelleri................................................ 182.7.4. Akustik yaylm modellerinin karlatrlmas................. 19
III. MATERYAL ve METOT............................................................................ 203.1. Verilerin Elde Edilmesi................................................................... 203.2. Akustik ve Ortam Verilerinin llmesi........................................ 223.3. letim Kayb Hesaplamalar............................................................. 243.4. alma Srasnda Kullanlacak Modellerin Anlalmas................ 25
3.4.1. Bellhop.modeli.................................................................. 263.4.2. Kraken modeli................................................................... 28
3.4.3. RAM modeli ..................................................................... 293.5 Modellerin Gerekli Olan Verilerin Hazrlanmas.......................... 30
IV. BULGULAR................................................................................................ 314.1 Akdeniz Uygulamas........................................................................ 314.2 Karadeniz Uygulamas...................................................................... 41
V. TARTIMA ve SONU............................................................................... 67
KAYNAKLAR............................................................................................. 73EKLER.......................................................................................................... 75ZGEM................................................................................................... 83
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
5/97
ZET
AKDENZ KARADENZ SU ALTI AKUSTKYAYILIM MODEL UYGULAMALARI
KEREM KPRL
Bu al
man
n temel amac
; Gneybat
Karadeniz stanbul Boaz
k
ve DouAkdenizin (Antalya Krfezi aklar) su alt akustik yaylm zelliklerini zetlemektir.
ncelikle seilen pilot blgeler iin hangi akustik yaylm modelini kullanarak daha iyi
sonulara ulald belirlenmitir.
Bu amala bu tezde, NATO Undersea Research Center (NURC)un Seyir Hidrografi ve
Oinografi Dairesi (SHOD) ile birlikte dzenledii ortak projede llen iletim (transmisyon)
kayb ve oinografik lm verileri kullanlmtr. Modelleme ve karlatrmalar MatLab
teknik hesaplama programnda alan farkl su alt akustik yaylm programlar kullanlarak
yaplmtr. Her blge iin en uygun akustik model seildikten sonra baz akustik yaylm
benzetimleri yaplmtr. Bylece Karadenizdeki alma blgesinde mevsimsel ses kayb
karlatrmalar yaplmtr. Akdeniz iin ise farkl bir hat seilerek burada da transmisyon
kayplar hesaplanm ve farkl frekanslar iin benzetimler yaplmtr.
Ses yaylm matematiksel olarak dalga denklemi ile tanmlanmtr. Bu denklemin
parametreleri ve snrlar evresel deniz artlarndan etkilenmektedir. Bu nedenle bir modelin
alma yaplan blge iin uygunluu doru evresel ve akustik parametrelerin
kullanlmasyla salanr. alma sonucunda doru parametreler kullanlarak proje srasnda
llen deerlere uygun sonulara ulald grlmtr.
ii
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
6/97
ABSTRACT
ACOUSTIC PROPAGATION MODEL APPLICATIONS INTHE MEDITERRANEAN and BLACK SEA REGIONS
KEREM KPRL
The aim of this thesis is to summarize environmental underwater acoustic characteristics
of Southwest Black Sea and Eastern Mediterranean Sea (offshore Gulf of Antalya) using themost recent simulation models. Before any applications, the best available acoustic models
should be selected for each pilot area.
In this thesis, transmission loss and oceanographic data from the joint project conducted by
NATO Undersea Research Center (NURC) in collaboration with the Turkish Navy
Department of Navigation, Hydrograph and Oceanography were used. A parametric study
using different Underwater Acoustic Propagation Models which were developed to use
under the MatLab commercial technical computation package was performed. After selecting
the proper acoustic model for each area acoustic propagation simulations were performed,
seasonal comparisons were also made for the study area in the Black Sea. Another profile was
selected offshore Gulf of Antalya in the Mediterranean area, and transmission loss
simulations were made for various frequencies.
Sound propagation in the ocean is mathematically described by the wave equation, whose
parameters and boundary conditions describe the ocean environment. It is evident that any
specific model has its range of applicability within the domain of acoustic and environmental
parameters as well as regarding computer facilities and time. At the end of the study
convenient results were reached compared with the in situ measurements by using the right
parameters.
iii
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
7/97
EKL LSTES Sayfa
ekil 1. Uygulama alanlarnn yer bulduru haritas..........................................................2
ekil 2. Geneva Glnde 1827 ylnda yaplan ilk ses hz lm................................3
ekil 3. stanbul Boaz, Karadeniz knda yaz mevsimini temsil eden termoklin
tabakas ve scakla bal olarak ses hz deiimi..........................................10
ekil 4. Geometrik yaylm kanunlar............................................................................12
ekil 5. Okyanustaki temel ses yaylm yollar..............................................................15
ekil 6. Gerekli oinografik parametrelerin lmlerini yapan XBT,
CTD ve XCTD cihazlarnn, alma srasnda kullanlan dier
aletlerle birlikte gsterildii izim.....................................................................21
ekil 7. Seyir Hidrografi ve Oinografi Dairesi tarafndan kullanlan
Rosette rnekleyicisi ve CTD cihaz.................................................................22
ekil 8. alma srasnda kullanlan metot....................................................................23
ekil 9. Alcya ulaan ses sinyalleri iindeki ortam grltleri....................................24
ekil 10. Bellhop modelinde farkl yaylm parametreleri kullanlarak yaplan
benzetimler........................................................................................................27
ekil 11. Bellhop modeli ile su scaklnn orta katmanda st ve alta gre daha soukolduu bir ortam iin transmisyon kayb ve n yollarn gsteren grafik..27
ekil 12. Derin su ortamnda Kraken modeliyle yaplan bir benzetim rnei.................28
ekil 13. RAM modeli ile hesaplanan transmisyon kayplarnn derinlik ve mesafeye
bal olarak gsterimi........................................................................................30
ekil 14. Akdeniz iin seilen pilot blge ve uygulamalarn yapld
A-C ve A-D hatlar............................................................................................31
ekil 15. A-C hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri................................32
ekil 16. A-C hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken ve Bellhop
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................33
ekil 17. A-C hattnda, 900 Hz frekans iin Kraken ve Bellhop
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................33
iv
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
8/97
ekil 18. A-C hattnda, 3500 Hz frekans iin Kraken ve Bellhop
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................34ekil 19. A-C hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz derinlik grafii...............................................35
ekil 20. A-C hattnda 900Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz - derinlik grafii................................................35
ekil 21. A-C hattnda 3500Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz - derinlik grafii................................................35
ekil 22. A-C hattnda 7500Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz - derinlik grafii................................................36
ekil 23. Akdeniz A-C hattnda Bellhop modeliyle hesaplanan n yollar....................36
ekil 24. A-C hattnda ses kaybnn yksek olduu glge blge (shadow zone).............37
ekil 25. A-D hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri................................37
ekil 26. A-D hatt iin Bellhop modeliyle deiik frekanslarda hesaplanan
transmisyon kayplarnn karlatrmas...........................................................38
ekil 27. A-D hattnda 200Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii................................................39ekil 28. A-D hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii................................................39
ekil 29. A-D hattnda 800Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii................................................39
ekil 30. A-D hattnda 1600Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii................................................40
ekil 31. Akdeniz A-D hattnda Bellhop modeliyle hesaplanan n yollar....................40
ekil 32. Karadeniz iin seilen pilot blge ve uygulamalarn yapld
K-A, K-H ve K-M hatlar..................................................................................41
ekil 33. K-A hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri................................42
ekil 34. K-H hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri................................42
ekil 35. K-M hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri...............................43
v
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
9/97
ekil 36. K-A hattnda, 50 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................43ekil 37. K-A hattnda, 200 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................44
ekil 38. K-A hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................44
ekil 39. K-A hattnda, 1000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................45
ekil 40. K-A hattnda, 1600 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................45
ekil 41. K-A hattnda, 2000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................46ekil 42. K-H hattnda, 50 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................46
ekil 43. K-H hattnda, 200 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................47
ekil 44. K-H hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................47
ekil 45. K-H hattnda, 1000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................48
vi
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
10/97
ekil 46. K-H hattnda, 1600 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................48ekil 47. K-H hattnda, 2000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................49
ekil 48. K-M hattnda, 50 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................49
ekil 49. K-M hattnda, 200 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................50
ekil 50. K-M hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................50
ekil 51. K-M hattnda, 1000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................51ekil 52. K-M hattnda, 1600 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM
modelleriyle hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm
sonular ile karlatrlmas.............................................................................51
ekil 53. K-A hattnda 50Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................52
ekil 54. K-A hattnda 200Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................53
ekil 55. K-A hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................53
vii
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
11/97
ekil 56. K-A hattnda 1000Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................54ekil 57. K-A hattnda 1600Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................54
ekil 58. K-A hattnda 2000Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................55
ekil 59. K-H hattnda 50Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-H hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................55
ekil 60. K-H hattnda 200Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-H hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................56
ekil 61. K-H hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-H hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................56ekil 62. K-H hattnda 1000Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-H hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................57
ekil 63. K-H hattnda 1600Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-H hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................57
ekil 64. K-H hattnda 2000Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-H hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................58
ekil 65. K-M hattnda 50Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-M hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................58
viii
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
12/97
ekil 66. K-M hattnda 200Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-M hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................59ekil 67. K-M hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-M hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................59
ekil 68. K-M hattnda 1000Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-M hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................60
ekil 69. K-M hattnda 1600Hz frekans iin transmisyon kayplarnn
Bellhop ve RAM modelleriyle benzetimi ve K-M hattnn
hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri....................................................60
ekil 70. K-H hattna ait llen yaz ay hz, scaklk ve tuzluluk deerleri...................61
ekil 71. K-H hattna ait llen k ay hz, scaklk ve tuzluluk deerleri....................61
ekil 72. K-H hattnda 50 Hz iin RAM modeliyle hesaplanan yaz ve
k transmisyon kayplar...................................................................................62
ekil 73. K-H hattnda 200 Hz iin RAM modeliyle hesaplanan yaz ve
k transmisyon kayplar...................................................................................62ekil 74. K-H hattnda 400 Hz iin RAM modeliyle hesaplanan yaz ve
k transmisyon kayplar...................................................................................63
ekil 75. K-H hattnda 1000 Hz iin RAM modeliyle hesaplanan yaz ve
k transmisyon kayplar...................................................................................63
ekil 76. K-H hattnda 1600 Hz iin RAM modeliyle hesaplanan yaz ve
k transmisyon kayplar...................................................................................64
ekil 77. K-H hattnda 2000 Hz iin RAM modeliyle hesaplanan yaz ve
k transmisyon kayplar...................................................................................64
ekil 78. K-H hattnda 50, 200 ve 400Hz frekanslar iin RAM modeline gre
transmisyon kayb karlatrmalar...................................................................65
ekil 79. K-H hattnda 1000, 1600 ve 2000Hz frekanslar iin RAM modeline gre
yaz ve k transmisyon kayb karlatrmalar..................................................66
ekil 80. Dip tuzluluk oran 24ten yksek olan blgeler............................................69
ix
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
13/97
ekil 81. stanbul Boaz Karadeniz knda Akdeniz ve Karadeniz
su ktlelerinin akustik grnts.......................................................................69
ekil 82. K-A hattndaki bu benzetimde 80 metrenin altnda Akdenizsuyunun dip kayplar zerindeki etkisi.............................................................70
ekil 83. stanbul Boaz Karadeniz knn topografyas boaz kanalnn
kuzeybatya doru bkldn gstermektedir..............................................70
x
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
14/97
EK LSTES Sayfa
Ek 1. : Bellhop modeli ana modl............................................................................73
Ek 2. : Kraken modeli ana modl.............................................................................76
Ek 3. : RAM modeli ana modl................................................................................78
xi
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
15/97
I. GR
Ik ve radyo dalgalar su iinde yaylm yaparken, ok abuk zayflarlarve snmlemeye
urarlar, fakat ses dalgalar yaylm iin su ideal bir ortamdr. Deniz bilimciler, bir dman
denizaltsnn konumunu saptamak iin ilk hidrofonun denize indirilmesinden bu yana geen
sre ierisinde, su alt akustii konusunda srekli aratrmalar ve uygulamalar yapmaktadrlar.
Bu sre sonucunda akustik dalgalarn su iindeki yayl gnmz deniz bilim
almalarnda yararlanlan en nemli aralardan biri halini almtr.
taraf denizlerle evrili lkemizde Deniz Bilimleri kapsamndaki almalardan; su
akustii ile ilgili gerek zamanl almalarn saysnn azl ortadadr. Dou Akdeniz iin
deniz taban kayplarnn modellendii bir almada (Baaran, 1993) Shulkin ve Shaffer
formlleri (Urick, 1983) kullanlarak deiik geli alar iin 10kHz frekans zerinden
tahminler retilmitir. Bu tahminlere gre ortam iin ne tip sonarlarn kullanmnn uygun
olabilecei deerlendirilmitir. Son yllarda farkl algoritmalar kullanlarak gelitirilen su alt
yaylm modelleri ile ses yaylm ve kayplarn hesaplamak nem kazanmtr. Bu
hesaplamalar yapmak amacyla birok su alt yaylm modeli gelitirilmitir ve
gelitirilmektedir. Bu modellerin hepsi farkl su alt koullarnda birbirlerine gre avantaj
salamakta veya zayf kalmaktadr. Hangi modelin, ne tip ortamlarda daha iyi sonular
verdiini anlamann en iyi yolu da, modellerden kan sonularn, sahada yaplan lmlerle
karlatrlmas ve hangi tip modelin daha yakn sonular verdiinin bulunmasdr.
1
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
16/97
ekil 1. Uygulama alanlarnn yer bulduru haritas
Bu tezin amac; yukarda bahsedildii gibi bir uygulamann Trkiye Denizlerinde
yaplarak, hangi modellerin, hangi blgeler iin daha faydal olacann tespit edilmesidir. Bu
amala ekil 1deki Trkiye haritasnda gsterilen iki pilot blge seilmitir. Bu blgelerde
baz akustik modeller uygulanm ve karlatrlmtr. Bu blgelerin seilmesindeki ama,
farkl oinografik zelliklere ve farkl derinliklere sahip olmalardr. S su iin Karadeniz yaz
dnemi, derin su iin de Akdeniz k dnemi seilmi ve bu iki farkl blgeye ait akustik
kayplar modellerle hesaplanp, saha lmlerine en yakn sonular veren modeller
bulunmutur. Bunun ardndan da Akdenizde farkl bir hat iin, Karadenizde ise k mevsimi
iin akustik kayplar hesaplanarak karlatrma frsat bulunmutur.
Model sonularnn karlatrlmasnda Akdeniz iin, NATO Undersea Research Centre
(NURC)n 16-26 ubat 1997 tarihleri arasnda Seyir Hidrografi ve Oinografi Dairesi
(SHOD)yle yapt ortak almada alnan lmler kullanlmtr. Karadeniz iin ise; yine
NURC ve SHODun 12 Haziran 12 Temmuz 1996 tarihlerinde yaptklar alma srasnda
alnan lmler kullanlmtr. Modellerin lmlerle karlatrlmasndan nce; su alt
akustii bilim dalnn tarihesi, temel prensipleri ve uygulama srasnda gerekli tanmlar ile
akustik modeller hakknda ksa bilgiler verilecek ve daha sonra da uygulama srasnda
kullanlan yntemler anlatlacaktr.
2
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
17/97
II. SU ALTI AKUST ve TEMEL PRENSPLER
2.1. Su Alt Akustii ve Tarihi
Su alt
ortam
nda sesin, grnen
k veya elektromanyetik enerjiye gre daha uzaaseyahat ettii ok eskilerden beri biliniyordu. Su alt akustiiyle ilgili ilk lmler 1827
ylnda isvireli fiziki Daniel Colloden ve Fransz matematiki Charles Sturmun, su altnda
ses hzn lmek amacyla, svirede Geneva Glnde bir araya gelmesiyle yaplmtr
(ekil 2). Birk ve su alt an arasndaki zaman araln kabaca lerek yaplan bu deney,
gnmzn kabul edilen deerlerine yaknd.
ekil 2. Geneva Glnde 1827 ylnda yaplan ilk ses hz lm.
3
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
18/97
1900l yllarda ise, fener gemileri, bir su alt an ve gvertede bulunan bir sis ddnn
kombinasyonundan oluan bir uzaklk lme sistemi kullanyorlard. Bu sistem sayesinde
yaklaan gemilerdeki mrettebat iki sesi de duyabiliyordu. Su altndan gelen ses gemigvdesine monte edilen bir hidrofona ulayordu ve iki sesin farkn lerek fener gemisine
olan tahmini uzaklklarn lebiliyorlard.
lk sonar sistemleri, Birinci Dnya Sava srasnda Amerikan, ngiliz ve Franszlar
tarafndan denizaltlar ve buzdalarn bulmak amacyla gelitirildi. O zamanlarda sonarlara
ASDIC (AntiSubmarine Detection Investigation Committee) ad veriliyordu. kinci Dnya
Sava srasnda ise su alt akustii byk bir gelime gsterdi ve bu dnemde dman
denizaltlarnn su st gemileri tarafndan tespit edilmesi ok daha kolaylat. nk ok
daha gl ve daha iyi oluturulmu ses sinyallerini suya gnderebilmekteydiler. Sinyal,
denizaltnn gvdesinden geri gelmekte ve uzakl hakknda bilgi vermekteydi.
Gnmzde; derinlik lme, deniz taban morfolojisinin kartlmas, sismik stratigrafi,
petrol ve doal gaz arat
rmalar
, kabuk zellikleri ve kal
nl
n
n saptanmas
, mhendislik veakustik uygulamalar, balk stoklarnn tayini gibi bir ok almada akustik yntemler
kullanlmaktadr.
2.2. Sesin zellikleri ve Baz Tanmlar
Ses, elastik bir ortam
n molekllerinin dzenli hareketinden oluur. Malzeme esnek olduuiin, malzemenin paracklarnn hareketi; hareket bir ses kaynandan ktktan sonra komu
partikllerle balant kurmasyla oluur. Bir ses dalgas bu nedenle kaynaktan darya doru
ses hzna eit bir hzla yaylm yapar ve yaylm yapabilmesi iin mutlaka kat, sv veya gaz
gibi bir ortam olmas gereklidir. Sv iinde parack hareketi yaylm ynne paralel ve ileri-
geri ekilde olur ve bu yzden ses dalgalar boyuna dalgalardr (Urick, 1983).
4
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
19/97
Boyuna dalgalar da enine dalgalar gibi zaman veya uzakla gre basn izilerek
gsterilebilir ve bylece oluan sins dalgasndaki tepeler skma fazn, ukurlar ise
seyrelme fazn gsterebilir. Ardk iki dalga tepesi (veya dalga ukuru) arasndaki uzakladalga boyu denir ve ile gsterilir. Skma ve seyrelmeden oluan tam bir dalga hareketi
bir devir olarak bilinir. Dalgay reten kaynan birim zamanda rettii dalga saysna
dalgann frekans denir. Frekans 1/s veya Hz olarak ifade edilir ve f ile gsterilir. Ses
dalgasnn ortalama basn dzeyinden olan sapmas genlik olarak bilinir ve sesin
yksekliinin ifadesidir. Bir ses dalgasnn dalga boyu () (2.2.1) denklemindeki gibi, sesin
frekans ve yaylma hz (c) cinsinden ifade edilebilir.
(m) = c (m/s) / f (Hz) (2.2.1)
2.2.1. Ses Basnc
nceden bahsedildii gibi; sv iinde parack hareketi yaylm ynne paralel ve ileri-
geri ekilde olmaktadr ve sv sktrlabilir bir yapda olduu iin, bu ileri-geri hareket
basnta bir deiime neden olur. Basntaki bu deiim, basnca duyarl hidrofonlarsayesinde fark edilebilir. Dzlemsel bir ses dalgasnn oluturduu basnta (p), anlk
younluk sv paracklarnn hareketiyle (u) ve sv younluu () alakaldr ve dalgann
yaylm hzyla (c) aralarndaki iliki (2.2.1.1) numaral denklemde gsterilmitir.
cup = (2.2.1.1)
c orant katsays; svnn spesifik akustik direnci olarak adlandrlr, ve deniz suyu iin
))(/(105.1 25 scmgc = (2.2.1.2)
hava iin ise
))(/(42 2 scmgc = (2.2.1.3)
olarak ifade edilir.
5
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
20/97
Baz durumlarda, hz ve basn arasndaki orant katsays karmaktr ve ses dalgalarn
ieren ortamn zel akustik empedans olarak adlandrlr. Bu Akustik Ohm Kanunudur; yani
tanecik hz (u), elektrik akmnn akustik edeeri ve basn (p) ise elektrik voltunun edeeriolarak dnlebilir (Urick, 1983).
2.2.2. Dalga iddeti
Yaylm yapan bir ses dalgas; tanecik hareketlerindeki kinetik enerji ve esnek maddedeki
stresin oluturduu potansiyel enerjinin birlemesinden dolay, mekanik enerji tar. Sesdalgas yaylm yapt iin, saniyede belli miktarda enerji, birim alanda yaylm ynne
doru akar. Saniyede birim miktardan geen bu enerji miktar dalga iddeti olarak
tanmlanr. Eer bu alan rasgele bir rotaya alnrsa, elektromanyetik yaylmdaki hedef
vektrne benzer bir vektrel uzunluk haline gelir. Dzlemsel bir dalgada anlkiddet, anlk
akustik basnla ilikilidir ve
c
pI
2
= (2.2.2.1)
denklemiyle ifade edilir. Bir zaman aralndaki ortalama hesapland zaman, o zaman
aralndaki ortalama iddet
2p
c
pI
2
= (2.2.2.2)
olarak gsterilir ve burada )( ortalama zaman ifade eder. Eer basn birimi olarak
dyne/cm2 ve ile c iinde birim olarak g/cm3 ve cm/s kullanlrsa o zaman I, ergs/cm2
biriminde olur. 1 watt 107 ergs/sye eit olduu iin watt/ cm2 cinsinden akustik enerji iddeti
72
10=c
pI
(2.2.2.3)
olarak ifade edilir (Urick, 1983).
6
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
21/97
2.2.3. Desibel olarak ses iddeti
Su alt akustiinde ok sk kullanlan desibel (dB) birimi iki ses dzeyinin orannn 10
tabannda logaritmik ifadesidir. Ses lmnde logaritmik bir ifadenin kullanlmas sayesinde
ok geni bir frekans aralnda yaylan ses dalgalarnn saysal aral azalmakta ve
hesaplamalarda arpma yerine toplama yapma gibi baz kolaylklar salanmaktadr. ki ses
iddetiI1 veI2,I1/I2oranna sahip iseler bu desibel olarak 10 log (I1/I2) dB olarak ifade edilir.
Bu yzden kesin iddetler bir referans iddet kullanlarak ifade edilir. u anda kabul edilen
referans iddet, 10-6 pascal (N/m2) veya bir mikropascal (Pa)lk bir rms basnca sahip
dzlemsel dalgann iddetidir. Bu nedenle, 1 Pa referans ses basnc seviyesi olarak alnrsa,
ses iddetleri arasndaki oran bir milyon olan dzlemsel bir dalgann ses seviyesi 10 log (106)
60 dB olur. 1 Pa referans alnarak, ses basn (P) oranlar desibel cinsinden 2.2.3.1
numaral formldeki gibi ifade edilir.
P(dB/basn birimi) = 20 log(P1/P2) (2.2.3.1)
Bir dzlemsel dalgann ortalama ses iddeti (I), p rms basnc, ortam younluu ve ses
h
z
(c) aras
ndaki iliki 2.2.3.2 numaral
formlde gsterilmitir.I=p
2/c (2.2.3.2)
Deniz suyunda c, 1.5106 kg/(m2s)dir ve bu yzden 1Palk rms basnca sahip bir
dzlemsel dalgann ses iddeti 0.6710-18 W/m2 olacaktr (Jensen, v.d., 1994).
7
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
22/97
2.3. Ses Hzn Etkileyen Parametreler
Ses hz suyun iinde havadakinin yaklak 5 kat hzyla hareket eder ve ok uzak
mesafelere ulaabilir, bu yzden su altnda bilgi tamak iin ses sinyalleri kullanlr. Normal
okyanus artlarnda ses hz 1450 m/s ile 1550 m/s arasnda deiir. Okyanus; yukarda deniz
yzeyi, aada ise deniz tabanyla snrl olan bir akustik dalga klavuzudur ve bu blgede
yaylm yapan ses dalgalarnn hznn deiiminde rol oynayan drt ana etken vardr;
scaklk, derinlik, tuzluluk ve basn. Ses hz bahse konu bu deerlerdeki ykselmelerle
birlikte artar; ancak ykselim hz oranlar farkldr ve en az rol tuzluluk art oynar.
rnein 10C scaklk ykselmesi 40 m/s, 1000 m derinlik art 16 m/s ve tuzlulukta 1
art 1.5 m/s hzda arta sebep olur ve aralarndaki balant basit birekilde (2.3.1) numaral
denklemde gsterilmitir.
ZSTTTTC 0160.0)35)(01.034.1(00029.0055.06.42.1449 32 ++++= (2.3.1)
burada C hz m/s, T scaklk Celsius, S tuzluluk ve Z derinlik m olarak alnr (Clay ve
Medwin, 1977). ou durum iin bu forml geerli olurken, farkl koullar iin farkl
formller de kullanlmaktadr. Basn; yani derinlik deerlerinde gzlenen art ise, akustikyaylm hznn artmasna neden olur ve basncn tek bana oluturaca ses hz deiimi su
yzeyi ile 3000 metre arasnda yaklak 50 m/s kadardr (Alpar ve Doan, 1994). Sudaki ses
hzn etkileyen parametreler aada anlatlmtr.
2.3.1. Scaklk
Scaklktaki deiim, ses hzn dier faktrlere gre 5 kat daha fazla etkiledii iin, ses
hz deiiminde bahsedilmesi gereken en nemli etkendir. Scaklk, molekllerin sahip
olduu kinetik enerjinin bir lsdr. Deniz suyu scaklk lmlerinde, svlarn skmas
ve genlemesiyle oluan potansiyel enerjinin hesaba katlmas gerekir (Urick, 1983).
8
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
23/97
Is; suda, toprakta olduundan daha derinlere inebilir nk suyun zgl ss
toprankinden ok fazladr, bu yzden denizler, snn dengelenmesinde nemli rol oynarlar.
Gneten gelen enerjinin byk ksm ilk 10 metre ierisinde emilmektedir, bu oran berrakokyanus sularnda %83 iken, bulank sularda %99u bulmaktadr. Bu sebeple, dier evre
faktrleri dlanrsa, snma olay ilk 10 metre ierisinde gerekleir. Baz zel durumlar
dnda, deniz suyu scakl derinlikle azalr. Scak yzey sular ile dipteki souk su
arasndaki s alverii, rzgarn yzey sularn kartrmas ve akntlar sonucunda meydana
gelir.
Deniz suyunun snmasnda rol oynayan dier etkenler ise, gne radyasyonlar, yer i
ssnn okyanus tabanndan konveksiyonla alnmas, kimyasal ve biyolojik olaylar sonucu
oluan s, kinetik enerjinin s enerjisine dnm ve suyun buharnn younlamasndan
oluan s olarak sralanabilir. Buharlama ve atmosfere bal s konveksiyonlar ile deniz
yzeyinden yansma gibi etkenler ise, deniz suyunda s kaybna yol aan faktrlerdir.
Ses h
z
n
en ok etkileyen etken olan s
cakl
ktan bahsederken, termoklin tan
m
n
anlamak gerekir. Termoklin; su kolonunda ani scaklk deiiminin meydana geldii seviyedir
ve bu seviyedeki deiim yznden ses hznda da buna bal olarak ani deiiklikler
meydana gelir. ekil 3de tuzluluk oranndaki deiikliin fazla olmad bir blgede, ses
hznn scakla bal olarak deiimi ve termoklin tabakas grlmektedir.
9
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
24/97
ekil 3. stanbul Boaz, Karadeniz knda yaz mevsimini temsil eden termoklin tabakas
ve scakla bal olarak ses hz deiimi.
2.3.2. Tuzluluk
Deniz suyunun nemli zelliklerinden biri de tuzluluktur. Derin sularda derinlikle ok az
deiir ve yatay deiimleri de ihmal edilebilecek kadar kktr. Fakat kysal blgelerde,
zellikle fiyort ve buz sahalarnda, tuzluluk etkisi nemlidir.
Deniz suyunun birok fiziksel zellii tuzlulua bal olarak deiir. Deniz suyu
younluu, elektrik iletkenlii, viskozitesi, genleme katsay
s
, osmotik bas
nc
ve sesinyaylma hz, tuzluluun artmasyla birlikte artarken, spesifik (zgl) ss, buhar basnc, s
iletkenlii ve genleme katsays gibi zellikler azalr.
Tuzluluu azaltan ve arttran baz faktrler vardr ve bu faktrlerden en nemlileri
buharlama ve yatr. Buharlama tuzluluu arttrrken, yala birlikte tuzluluk der ve bu
iki zt etkenin tuzlulukla olan ilikisi iin (2.3.2.1) numaral denklem kullanlr. Bu
10
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
25/97
denklemde; E, buharlama ve P ise ya yksekliklerini mm cinsinden gstermektedir
(Urick, 1983).
S (binde olarak) = 34.6 + 0.0175 (E-P) (2.3.2.1)
2.3.3. Basn
Scaklk ve tuzlulukla birlikte, denizdeki ses hzna etki eden etkenlerden biri de basntr.
Svlarda molekllerin arl nedeniyle, yzeye dik olarak etki eden bir basn oluur ve bu
basnca Hidrostatik Basn ad verilir ve denizlerde derinlie bal olarak 1 metrede
yaklak olarak 1 desibar kadar artmaktadr. Desibar (0.1 bar); basnc ifade eden en pratik
birim olup, bir metre yksekliindeki deniz suyunun cm2lik bir yzeye yapt basnca
edeerdir.
2.3.4. Younluk
Younluk (zgl ktle); bir cismin ktlesinin birim hacmine oran olarak tanmlanmtr.
Deniz suyunun younluu genelde, yaklak 1.026 gr/cm3 olarak alnr ve scakln azalmas
veya tuzluluk ve derinliin artmasyla ykselir. Bu ifadeden de anlalaca gibi younluk
dalmna etki eden faktrler, bu 3 etkende deiiklie sebep olan zelliklerdir. Scaklk ses
hznda olduu gibi, younluk zerinde de en ok etkisi olan parametredir. Ayrca younluk,
deniz suyunun kimyasal yapsyla da alakaldr.
2.4. Transmisyon (letim) Kayplar
Okyanusta ilerleyen bir akustik sinyal, n yollarnn deiik yollar izlemesi nedeniyle
bozulmaya urar ve eitli kayp mekanizmalar yznden zayflar. Sinyal gcndeki bu
deiim, su alt akustiinde iletim kayb (transmission loss) olarak ifade edilir. letim kayb
11
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
26/97
(TL), 2.4.1 numaral formlde grld gibi herhangi bir lm noktasndaki akustik enerji
iddetinin (I(r,z)), kaynaktan 1m uzaklktaki akustik enerji iddetine (Io) desibel cinsinden
olan orandr.
00
),(log20
),(log10
p
zrp
I
zrITL == (dB re 1m) (2.4.1)
letim kayb, geometrik yaylmadan dolay meydana gelen kaybn ve zayflama yznden
olan kaybn toplam olarak ifade edilebilir. Yaylmdan meydana gelen kayp basit birekilde,
sinyalin kaynaktan uzaa doru yaylm yapt srada llen kayp olarak tanmlanabilir veekil 4de iki farkl geometride yaylm kurallar gsterilmitir.
ekil 4. Geometrik Yaylm Kanunlar (Jensen, v.d., 1994)
Burada ekil 4.ada snrsz homojen bir ortamda nokta kaynakl bir yaylm
gsterilmektedir. Bu basit durumda, kaynaktan yaylan g, kayna evreleyen bir krenin
yzeyine eit ekilde datlr. Eer ortam kaypsz bir ortam olarak farz edersek, akustik ses
iddeti krenin yzeyine ters orantl olacaktr.
12
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
27/97
)4/(1 2RI (2.4.2)
2.4.1 numaral formlden kresel yaylm iin iletim kaybn
rTL log20= (dB re 1m) (2.4.3)
olarak buluruz ve burada rmetre cinsinden yatay uzaklktr.
Eer sinyalin yayld ortam, ekil 4.bde gsterildii gibi dzlemsel tepe ve alt
snrlarna sahip ise bu durumda; yatay uzaklkta akustik ses iddetindeki deiim,R yarapl
veD derinlikli bir silindirin yzeyiyle ters orantl olacaktr.
)2/(1 RDI (2.4.4)
Bylece silindirik yaylmda iletim kaybn 2.4.5 numaral formlle gsterebiliriz.
rTL log10= (dB re 1m) (2.4.5)
100 km uzunluktaki bir dalga klavuzunda, kresel yaylm yapan bir sinyali rnek olarak
ele alrsak; toplam iletim kayb (zayflama hesaba katlmadan) 60dB+20dB=80dB olacaktr.Bu 100kmde meydana gelmesi beklenen minimum kayp miktardr. Ses dalgalarnn deniz
suyunda yaylm yaparken zayflamas, meydana gelecek olan yansma ve salm etkileri
yznden, toplam iletim kayb pratikte daha fazla olacaktr (Jensen, v.d., 1994).
Ses yaylmn modellemek iin akustik kayp mekanizmalarnn iyi anlalmas
gerekmektedir.
13
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
28/97
2.5. Su Alt Akustiinde Kullanlan Kaynaklar ve Alclar
Akustik dalgalarn su iinde yaymlanp alglanmas ancak yardmc bir cihazla mmkn
olur. Bir transdser herhangi bir enerjiyi ses enerjisine (kaynak veya projektr), ya da ses
enerjisini ounlukla elektrik olmak zere herhangi bir enerjiye evirir (alc) (Jensen, v.d.,
1994).
Enerjinin iki formunu birbirine dntrme performans; malzemenin piezoelektriklik ve
magnetostriksiyon diye adlandrlan zellikleriyle ilgilidir. Basn altnda yzeyleri arasnda
elektrik yk kazanan; kuvars, amonyum, dihidrojen, fosfat-ADP, rochelle tuzu gibi baz
kristaller, voltaj verildiinde gerilime urarlar. Bu tip malzemeler piezoelektriktir.
Elektrostriktif malzemeler de ayn karakterdedirler, fakat bunlar polikristallemi
seramiklerdir ve yksek bir elektrostatik alanda en uygun ekilde polarize edilmeleri gerekir.
Bunlara rnek olarak ise; baryum titanat ve zirkonat titanat verilebilir. Magnetostriktif bir
malzeme gerilime uradnda evresindeki manyetik alan deitirir ve polarizeedildiklerinde frekans ikilemesi olay ortadan kalkacandan dolay performanslar artar.
2.6. Okyanusta Ses Yaylm
Ses hz profilleri sonucunda ortaya kan, okyanustaki temel ses yaylmlar ekil 5de
gsterilmitir. Bu yollar ortamdaki ses hzlar ve nn ini alaryla ilgili olan SnellYasasndan anlalmaktadr (cos /c = sabit). Ses hznn derinlikle deimesi nedeniyle ses
hznn yava olduu blgelere doru nlar bklr (ekil 5).
14
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
29/97
ekil 5. Okyanustaki temel ses yaylm yollar (Jensen, v.d., 1994)
Bu yaylm yollarnn aklamas yledir: en kolay ekilde A ve B aklanabilir. A;
minimum ses hznn deniz yzeyinde olduu bir ortamda, yzey kanal yaylm yapan bir
yaylm yolunu gstermektedir. B ise; daha derin bir kaynaktan, yataya yakn bir ayla yola
kan ve derin ses kanalna giren bir n yaylmnn izledii yolu gstermektedir. Derin ses
kanalnda seyahat eden nlarn bir engelle karlamadan ok uzaklara gittii ve zellikle bu
kanaldaki alak frekans yaylmnda binlerce kilometrelik yaylmlar olduu bilinmektedir.
Bye gre daha geni bir ayla kaynaktan kan C n ise; yaknsama alan yaylm
yapmaktadr. Dier bir deyile; bu yaylm mekan boyutunda periyodik (rnein, ~ 35-70km)
toplanma (focus) blgeleri oluturmaktadr. Dip yansmas yaparak ilerleyen Dde benzer
ekilde mesafeye bal olarak periyodik zellikler gstermektedir. C nndan fark; daha ksa
devir mesafesine ve daha ksa yaylm mesafesine sahip olmasdr. Bunun nedeni de; deniz
tabannda meydana gelen yansmalar yznden olan kayplardr. Son olarak E n yolunda ise
s suda ses yaylm rnei grlmektedir. Ses kanal; stte deniz yzeyi, altta ise deniz
tabanyla snrl bir dalga klavuzu ile snrlandrlmtr.
15
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
30/97
Su alt akustik yaylmnn modellenmesi karmak bir ilemdir. nk akustik evre
uzaklkla birlikte deimektedir, yani mesafeye baldr ve ses yaylmna etki eden evresel
faktrler karmak birekilde akustik frekansa baldr. Bunun sonucu olarakekil 5deki n
yollar gsterildii kadar basit deildirler. Bu durum alak frekanslarda daha belirgindir. Bu
yzden hem s hem de derin sularda setiimiz evresel koullarda ses yaylmlarnn
karakteristik zelliklerini ayrntl olarak ele almak gerekmektedir..
2.7. Akustik Yaylm Modelleri
Su altnda akustik yaylm, matematiksel olarak parametreleri ve snrlar okyanus ortamn
tanmlayan dalga denklemiyle tanmlanmtr. Akustik dalgalarn su altndaki yaylmn ifade
eden 5 farkl modelleme teknii bilinmektedir.
a. In Teorisi (Ray Tracing)
b. Normal Mod (NM)
c. Spektral Program (FFP: Fast Field Program)
d. Parabolik Eitlik (PE)
e. Snrl Eleman zm (FD: Direct Finite / FE: Finite Element)
Bu modellerden uygulamada en fazla kullanm sahas olanlar; n teorisi, normal mod ve
parabolik eitlik yaklamlardr. Bu tez almasnda bu model ele alnarak iki farkluygulama sahasnda deiik hidrografik ve oinografikartlar iin kullanlacaktr.
16
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
31/97
2.7.1.In teorisi modelleri
In teorisi modelleri, akustik nlarn su altndaki yaylm ekillerini deerlendirerek
yaylm kayplarn hesaplayan en eski modellerdir ve gnmzde de yaygn olarak kullanlr.
Bu teknikte dalga eitlii, birnn (x,y,z) koordinatlarnda zamana bal olarak ald mesafe
ve akustik basn fonksiyonlarna bal olarak zmlendirilir. Genel olarak derin sulardaki
yaylmlar modellemek amacyla kullanlrlar. ok az saydaki akustik nn alcya,
dorudan veya dipten ve yzeyden yansyarak ulat durumlar modellerdir. ki boyutlu ve
mesafeye bal n teorisi modelleme teknikleri ortam artlarnn sabit kald veya
mesafenin bir fonksiyonu olarak deitii durumlarda kullanlabilir.
In teorisi modellerini kullanan programlara rnek vermek gerekirse, bunlar iki ayr
snfta inceleyebiliriz. Mesafeden bamsz n teorisi modellerini kullanan programlar
CAPARAY, FACT, FLIRT, GAMARAY, ICERAY, INSIGHT ve RINGER, mesafeye bal
n teorisi modellerini kullanan programlar ise ACCURAY, ALMOST, BELLHOP,
FACTEX, GRASS, HARPO, LYBIN, MEDUSA, MOCASSIN, MPC, MPP, RAYWAVE veSHALFACT olarak saylabilir.
2.7.2 Normal mod modelleri
Normal mod zmleri, dalga eitliinin integrasyonundan ortaya kartlmtr. Normal
mod modellemelerinde, ortam artlar
n
n mesafeden ba
ms
z olarak sadece derinlik iledeien bir fonksiyon olduu varsaylmaktadr. In teorisi modelleriyle karlatrld
zaman, verilen frekans ve kaynak derinlii kullanlarak istenen alc konumundaki yaylm
kayplarnn kolaylkla hesaplanabilmesi sayesinde normal mod modelleri stnlk salar.
Fakat normal mod modellerinin byk bir dezavantaj vardr. Bu dezavantaj modelin deniz
dibi ile ilgili olarak daha fazla bilgiye ihtiya duymasdr ve bu yzden normal mod
modellerinden verimli sonular alabilmek iin deiik dip tabiatlarnn, younluunun ve ses
hz profillerinin bilinmesi gerekmektedir.
17
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
32/97
Normal mod yaklamna gre gelitirilmi modelleme programlarn, n teorisi
modellerinde olduu gibi, mesafeden bamsz ve mesafeye baml olarak iki snfa
ayrabiliriz. Mesafeden bamsz model programlar AP-2/5, COMODE, DODGE, FNMSS,NEMESIS, NLNM, NORMOD3 ve PROTEUS, mesafeye baml model programlar ise
ADIAB, ASERT, ASTRAL, CENTRO, COUPLE, KRAKEN, PROLOS, SNAP, WEDGE ve
WRAP olarak saylabilir.
2.7.3 Parabolik eitlik modelleri
Balang noktas parabolik eitlik olan bir yaklamdr ve fazla sayda saysal ilem
yaparak sonu veren su alt akustik yaylm modellerine bir alternatiftir. Plazma fizii, sismik,
mikrodalga ve lazer n yaylm konularnda baaryla uygulanan bir yntemdir ve 1973
ylndan beri su alt akustik problemlerinde kullanlmaktadr. Akustik nlarn yatay
yaylmn modellemeye gerek olmayacak ekilde kk asal yaylmlarda geerli olacak
ekilde ksaltlmdr. Bu yzden genellikle okyanus uygulamalarnda kullanlan bir
yntemdir. Parabolik eitlik modellerinde, deniz alanlar
mesafeye bal
olarak rahatl
klamodellenebilmektedir. Bu modelin iyi netice veremedii durumlar; salan akustik dalgalarn
fazla olmas veya asal yaylmlarn yksek olmas durumlardr.
Mesafeye bal parabolik yaklam model programlarndan bazlar; 3DPE, DREP, FEPE,
FEPES, HAPE, HYPER, LOGPE, MACH1 PAREQ, RAM, TDPE, ULETA ve UNIMOD
olarak sralanabilir.
18
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
33/97
2.7.4. Akustik yaylm modellerinin karlatrlmas
In teorisi, normal mod ve parabolik yaklam modellerinin birbirine gre farkl
avantajlar ve dezavantajlar vardr. Bu yzden bir modelleme uygulamas iin hangi modeli
kullanmamz gerektiine karar verirken baz karlatrmalar yaparak, alma blgesinin
zelliklerine gre uygun modeli semeliyiz.
ncelikle alma blgesinin bir s su ortam oluturduunu varsayarsak, mesafe baml
durumlar iin parabolik yaklam modellerini, mesafeden bamsz durumlar iin ise normalmod modellerini tercih etmeliyiz. In teorisi modellerinin s suda ve alak frekans iin
uygulanabilir olmadn syleyebiliriz. Fakat yksek frekans iin ise, n teorisi modellerini
mesafe baml durumlarda rahatlkla kullanabiliriz. Eer mesafeden bamsz ise yksek
frekansta normal mod modellerini kullanmak daha uygun olur. Parabolik yaklam modelleri
ise, s su ve yksek frekansta baarl biimde uygulanamaz.
alma blgesinin derin su ortam olduu koullarda alak frekans iin ve mesafeden
bamsz durumlarda en baarl sonular normal mod modellerinden alabiliriz. Ayn ortamda
alak frekans ve mesafe baml bir durum sz konusuysa verimli bir sonu almak iin
parabolik yaklam modellerini semeliyiz. Yine derin suda ve yksek frekansta hem
mesafeden bamsz hem de mesafe baml durumlarda en verimli sonu n teorisi
modelleriyle alnacaktr.
19
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
34/97
III. MATERYAL VE METOT
Arazide llen transmisyon kayplarnn, modellerinden elde edilen sonularla
karlatrlmasna kadar atlmas gereken birok adm vardr. Bunlar; su alt akustik yaylm
verilerinin elde edilmesi, alma srasnda kullanlacak modellerin anlalmas, bu modeller
iin gerekli olan program girdilerinin hazrlanmas ve modellerin altrlarak oluabilecek
iletim (transmisyon) kayplarnn hesaplanmas olarak sralanabilir.
3.1. Verilerin Elde Edilmesi
talyann La Spezia ehrinde bulunan NATO Su Alt Aratrma Merkezi (NATO
Undersea Research Centre, NURC) Antalya Krfezi aklarnda ve stanbul Boaz knda,
bu blgelerin akustik ve oinografik zellikleri hakknda bilgi edinmek amacyla, Seyir
Hidrografi ve Oinografi Dairesiyle ortak projeler dzenlemitir. Bu projelerin veri toplama
ksmlar iin, Antalya Krfezi aklarnda 16-26 ubat 1997 tarihleri arasnda, stanbul
Boaz knda ise 12 Haziran 12 Temmuz 1996 tarihleri arasnda saha almalar
yaplmtr.
Bu almalar srasnda n tekrarlamas (reverbration), ortam grlts (ambient noise)
ve mesafeye bal transmisyon kayb lmleri yaplmtr. Bu lmleri desteklemek
amacyla, dip numuneleri alnmak suretiyle dip tabiat incelenmi ve bunun yannda
oinografik lmler de yaplmtr.
20
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
35/97
Bu tez almasn ilgilendiren verilerde bu almalar srasnda llen baz deerlerdir.
Model girdileri iin gereken tuzluluk, scaklk ve derinlik bilgileri; her iki blge iin de,
almalarda kullanlan XBT (expendable bathythermograph), CTD (conductivity-temperature-depth) ve XCTD (expendable CTD) aygtlaryla llmtr (ekil 6). Bu iki
proje srasnda yaplan dier lmler iin gerekli farkl cihazlarda bu ekilde grlmektedir,
fakat tez almas srasnda kullanlan veriler XBT, CTD ve XCTD cihazlar tarafndan
llen deerler olduundan dier cihazlardan burada bahsedilmeyecektir.
ekil 6. Gerekli oinografik parametrelerin lmlerini yapan XBT, CTD ve XCTD
cihazlarnn, alma srasnda kullanlan dier aletlerle birlikte gsterildii izim.
XBT; derinlie bal olarak scaklk lm yapan ve bunu gemiye ileten tek kullanmlk
bir aygttr. CTD; derinlie bal olarak deniz suyunun iletkenlik ve scaklk parametrelerini
len, bunlar kullanarak ses hz profilini karan ve toplad verileri kaydeden bir sistemdir.XCTD; CTD ile ayn olan bu aygtn fark XBT gibi tek kullanmlk olmasdr. Yani gemi
giderken denize atlarak bal bulunduu ince tel kopana kadar gemiye lt deerleri
ileten bir aygttr. ekil 7de rnek olarak Seyir Hidrografi ve Oinografi Dairesi tarafndan
kullanlan bir CTD cihaz verilmitir.
21
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
36/97
ekil 7. Seyir Hidrografi ve Oinografi Dairesi tarafndan kullanlan Rosette rnekleyicisi ve
CTD cihaz*
Bu tez al
mas
nda kullan
lan btn veriler bu iki proje s
ras
nda da proje lideri grevindeolan Dr. Tuncay Akaldan alnmtr. Bir ksm Karadeniz verileri ayrca Di Iorio ve Yce
(1999) tarafndan yaynlanmtr. Hem Karadeniz hem de Akdenizde yaplan bu almalar
srasnda akustik ve ortam verilerinin nasl lld ve transmisyon kayb hesaplamalarnn
nasl yapld aada anlatlmaktadr.
3.2. Akustik ve Ortam Verilerinin llmesi
Su kolonunun ses hz yaps, akustik yaylmda kontrol edici temel faktrdr. Su
kolonunda yaylm yapan akustik enerji deniz tabanyla etkileime girer ve deiik tipte
akustik ve sismik dalgalara dnr. Bu dalgalarn yaylmnn ve zayflamasnn, deniz
tabannn fiziksel zelliklerine byk lde bal olduu gzlemlenmitir. Akustik yaylm
yolundaki enerji kayb miktarn temsil eden iletim (transmisyon) kayb, dalgann yaylm
yapt ortama ait bilgiyi tar.
Rapor edilen btn iletim kayb verilerinde, patlayc ykler ve elektromekanik
dntrcler (transducer) ses kaynaklar olarak kullanlmtr. zerinde tm ynl
(omnidirectional) hidrofonlar bulunan dikey bir alc dizisi ise gnderilen akustik sinyalleri
kaydetmek amacyla kullanlmtr.
* http://www.shodb.gov.tr/osinografi/ctd.htm
22
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
37/97
Bu almada su alt akustik yaylm modellerinden elde edeceimiz sonularn
karlatrlaca iletim kayb verilerinin elde edilmesinde kullanlan metot ekil 8de
gsterilmektedir ve yledir; alc ve ses kayna yaratan gemi olmak zere iki adet gemi
vardr, alc gemi uzun boru eklinde ve altnda arlk bulunan biramandraya bal olarak
duran dikey bir hidrofon dizilimini suya yerletirir. zerinde dijital bir radyo vericisi bulunan
bu amandrann avantaj; boyunun, denizdeki dalgalarn boyuna gre ayarlanabilmesi ve bu
sayede deniz yzeyinde dalgadan etkilenmeyecek ekilde durabilmesidir. Denize braklan
hidrofon serisi su kolonunun byk bir ksmn kaplayacakekilde yerletirilir ve hidrofon
says derinlie bal olarak deiir.
RadyoBalants
AlcGemi
Ses KaynaYaratanGemi
ekil 8. alma srasnda kullanlan metot
Denize yerletirilen bu hidrofon dizilimi, gemi kaynakl ve yzey dalgalar yznden
oluan grltlerden en az ekilde etkilenmesi amacyla yeterince uzaa gtrlr. Ses
kayna yaratan gemi daha nceden belirlenmi bir rota zerinde, amandradan uzaklaan bir
hat zerinde hareket ederken ayn zamanda patlayc ses kaynaklarn suya brakr. Patlayc
ses kaynaklarna alternatif olan baka bir yntem ise, deiik derinliklere gre ayarlanabilen
ve belli aralklarla CW/FM kaynak gnderen bir transdser ekmektir. Ses kayna yaratan
gemi rotasnda ilerlerken batimetrik profil ve ses hz lm yapmak amacyla, akustik
SesKayna
EchoXBTSounding
23
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
38/97
iskandille (echo-sounder) lm alrken ayn zamanda suya oinografik verileri lmek iin
belli aralklarla XBTler brakr (Akal, 1980).
3.3. letim Kayb Hesaplamalar
Rapor edilen iletim kayplar, kaynaktan 1 metre uzaklktaki enerji kaybn referans alarak
dB cinsinden verilmitir. ekil 9da grld gibi, alcya ulaan ses sinyalleri iinde ortam
grltleri de bulunmaktadr. Dzeltilecek verinin zaman aralna ait llen ortam
grlts karlarak gerek deer elde edilir. Baz durumlarda sinyal/ortam grlts oran1den byk veya 1e eit olur, bu gibi durumlarda o veri kullanlamaz.
ekil 9. Alcya ulaan ses sinyalleri iindeki ortam grltleri (Akal, 1980den deitirilerek
alnmtr)
24
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
39/97
letim kayb (transmission loss), frekans ve uzakln bir fonksiyonu olduu iin, frekans-
uzaklk dzleminde izilecek e-kayp (isoloss) konturlar o ortamdaki iletim kayplar
hakknda bilgi edinmek iin en basit yntemdir. Kk ll dalgalanmalar elimine etmek
iin iki boyutlu bir dzgnletirme ilemi uygulanr.
Akustik verinin yorumunu desteklemek amacyla, lm yaplan ortama ait akustik
yaylm etkileyebilecek evresel koullarda toplanr. Daha nce bahsedildii gibi,
XBTlerden ayr olarak alc gemi genellikle scaklk, derinlik ve tuzluluk deerlerini ler.
Bunun yannda kor ve dip rnekleri yardmyla deniz taban karakteristiklerini belirler,
meteorolojik ve oinografik deerleri ler, stereo fotoraflar, dar al yksek znrlkl
iskandil, yandan taramal sonar kaytlar ve sismik profiller yardmyla deniz taban fiziksel
zellikleri hakknda bilgi toplar (Akal, 1980).
3.4. alma Srasnda Kullanlacak Modellerin Anlalmas
Su alt akustik yaylm modelleri, ses bir kaynaktan uzaktaki bir alcya giderken meydana
gelen sinyal deformasyonunu hesaplar. Bir sonar dalgacnn genliinde, geometrik yaylm,
hacim sourulmas ve yansma kayplar yznden, bozulmalar meydana gelir ve dalga
klavuzundaki ok yollu varlar (ekil 5) yznden dalm ve girimeler oluur. Yksek
doruluklu transmisyon modelleri, karmak deniz ortamlar yznden meydana gelen btn
yaylm ve zayflama efektlerini ele alarak sonar performans tahmin sistemlerinin temel tan
olutururlar.
Bilgisayar tabanl bu modeller, farkl akustik yaylm modellerinin prensipleri zerine
gelitirilmitir. Bu tez almasnda kullanlacak olan su alt akustik yaylm modelleri
Bellhop, Kraken ve RAM modelleridir. Bu modellerden Bellhop n teorisi, Kraken normal
mod, RAM ise parabolik eitlik modellerinden birer rnektir. Bellhop ve Kraken modelleri
25
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
40/97
internette kullanclara sunulmu olan Acoustic Toolbox adl programn ierisinde
bulunmaktadr. Acoustic Toolbox program Avustralyada bulunan Curtin Teknoloji
niversitesi, Deniz Bilimleri ve Teknoloji Merkezinden Alec Duncan tarafndan bumodellerin kullanmn kolaylatrmak amacyla yazlan Matlab tabanl bir programdr*.
RAM modeli de yine internette kullanclara cretsiz sunulan bir programdr** ve dierleri
gibi Matlab zerinden almaktadr. Modellerin ana modllerine ait kaynak kodlar Ek 1-3 de
verilmektedir. Uzunluu nedeniyle alt program ve fonksiyon programlar gsterilmemitir.
3.4.1 Bellhop modeli
Geometrik n izleme metotunda kullanlan Gauss n izleme teorisinin gl bir
varyantdr. Sinyal genilii ve eim as ek diferansiyel denklem ifti tarafndan
ynetilmektedir. Bu denklemler, sinyallerin ortasndan geen merkez nn yaklak olarak
bim alann hesaplayan geleneksel n denklemleri ile entegredir (Porter, 1991; Porter ve
Bucker, 1997; Akal ve Kprl, 2005).
Bellhop modeli programnn almak iin ihtiya duyduu evresel girdiler; derinlie
bal olarak ses hz profilleri, dip yansmas kayplar, ortam sorulmas deerleri, sesin
deniz yzeyinden yansmas srasnda dalgal durumlarda meydana gelen kayplarla ilgili
parametrelerdir (Ek 1). Bu girdiler deniz suyu ve buna ek olarak deniz tabannda bir veya
birka katman iin ayr ayr verilebilmektedir. Program kt olarak ise; ses hz profillerini,
belli bir derinlikte veya ortamn batimetrisiyle birlikte derinlik ve uzaklk grafiinde
gsterebilmektedir. Ayrca Bellhop altrlmadan nce n yollarn hesaplamas istenebilir
ve bu da batimetriyle birlikte grafik olarak grlebilmektedir. Ayrca Bellhop modeliyle
transmisyon kayplar hesaplanrken, kaynak ve alc derinlikleri ve kaynaktan k iin farkl
yaylm alar ve deiikn saylar seilebilir (ekil 10 ve 11).
*http://cmst.curtin.edu.au/products/actoolbox/
**http://www.hlsresearch.com/oalib/PE/index.html
26
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
41/97
ekil 10. Bellhop modelinde farkl yaylm parametreleri kullanlarak yaplan benzetimler.
ki boyutlu zm ile alak frekans ve s sularda daha az dorulukta sonular vermesi
programn dezavantajlar olarak grlebilir. Sonu olarak Bellhop modeli; normal mod ve
parabolik eitlik modellerinin kullanmnn pratik olmad yksek frekans ve derin deniz
ortamlarnda iyi sonular vermektedir ve zellikle bu ortamlarda kullanm asndan daha
ekicidir (Akal ve Kprl, 2005).
ekil 11. Bellhop modeli ile su scaklnn orta katmanda st ve alta gre daha souk olduu
bir ortam iin transmisyon kayb ve n yollarn gsteren grafik.
27
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
42/97
3.4.2. Kraken modeli
Kraken normal mod ile alan programlardandr. Dalga teorisi zerine kurulmutur ve
dalga denklemi zmnn normal moda geniletilmesi mantna dayanr. Mesafeye baml
ortamlarda, elastik dip ve 3 boyutlu geometri dahil, ses yaylm iin kullanlabilir. boyutlu
ortamlarda yatay yansma Gauss nlaryla modellenir. Alternatif transmisyon modelleri C-
SNAP, PAREQ, PROSIM ve SNAP-RD olarak sralanabilir, fakat boyutlu yaylm
efektleri iin henz bir alternatifi yoktur.
Kraken modelinin almak iin ihtiya duyduu evresel girdiler ana modl iindedir (Ek
2). Katmanlar tanmlanrken yar-uzay eklinde tanmlanr ve stteki yar-uzay yani su kolonu
iin derinlie bal olarak ses hz profilleri ve younluk deerleri, alt yar-uzay iin ise
younluk, sorulma ile ses hz parametreleri girilir. Model kt olarak, ses hz profillerini
mesafeye bal olarak veya seilen belli derinlik iin grafikte gsterebilir (ekil 12). Bunun
yannda normal mod fonksiyonlar derinlik grafiini de kt olarak salar. Kraken sadece
farkl normal mod setlerini ierir, bu yzden ksa mesafelerdeki dik yaylm alarn hesaba
katmaz. Modelin dier bir modu olan adiyabatik tahminde evresel parametrelerde sadece
kk deiimlere izin verilmektedir. Normal modlarn says frekans ve derinlikle orantldr
bu yzden, derin sularda yksek frekans (kHz) iin ok byk saylarda modlara ihtiya
duyar, bu da ykse veri depolama alan ve uzun hesaplama zaman demektir. (Porter, 1990;
1991; Porter ve Bucker, 1987; Akal ve Kprl, 2005).
ekil 12. Derin su ortamnda Kraken modeliyle yaplan bir benzetim rnei.
28
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
43/97
3.4.3. RAM Modeli
RAM modeli parabolik eitlik teorisi zerine kurulmutur ve okyanus ortamnda mesafeye
baml olarak alak frekans iin bu teori zerine kurulan en etkili teknik olarak bilinir. RAM
dier mod modellerine gre ok daha kesin ve doru sonular retir. Bunun nedeni dier
spektral bileenler arasnda tam kavrama salamas ve kayplarn doru bir ekilde ele
alnmasdr.
RAM programnn girdileri (Ek-3) aadaki gibi sralanabilir:
Su ve keldeki ses hz profilleri
keldeki ses hz, younluk ve sorulma deerleri
Alt taban ses hz, younluk ve sorulma deerleri
Program ktlar ise aadaki gibidir;
Ses hz profilleri, mesafeye gre transmisyon kayb grafikleri
Derinlie bal olarak transmisyon kayb (ekil 13)
Derinlik ve mesafeye bal olarak transmisyon kayb konturlar
Derinlie bal olarak mod fonksiyonlar
Frekans ve mesafeye bal olarak transmisyon kayb konturlar
Model frekans ve derinlie bal olduu iin yksek frekans ve derin deniz ortamnda
hesaplama uzun srer ve yksek veri depolama alan gerekir (Brock, 1978; Collins, 1993;1994; Collins, v.d., 1996).
29
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
44/97
ekil 13. RAM modeli ile hesaplanan transmisyon kayplarnn derinlik ve mesafeye bal
olarak gsterimi.
3.5. Modeller in Gerekli Olan Verilerin Hazrlanmas
Tez almas srasnda kullanlacak olan modeller anlaldktan sonra bu programlarn
bilgisayarda almas iin Matlab program yardmyla modellerde ufak dzenlemeler
yaplarak modeller alr hale getirilmitir. Daha sonra arazi almalar srasnda XBT, CTD
ve XCTD cihazlaryla llen parametrelerden kullanlacak hatlara yakn olanlar
koordinatlarndan bulunarak, bu noktalara ait olan tuzluluk, derinlik ve scaklk deerleri
alnarak, her hatta ait bir tablo oluturulmutur. UNESCO Uluslararas Deniz Suyu Denklemi
Hesap Cetveli* (Fofonoff, 1985) yardmyla ses hz ve younluk deerleri bulunmutur.
*http://fermi.jhuapl.edu/denscalc.html
30
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
45/97
IV. BULGULAR
ki pilot sahada uygulamalar yaplmtr. Her iki sahada da model sonular lmlerle
karlatrlarak yorumlanacaktr.
4.1. Akdeniz Uygulamas
Akdeniz iin pilot blge olarak seilen Antalya Krfezinde transmisyon kayplar, A-C
hatt (ekil 14) zerinde Bellhop ve Kraken modelleri kullanlarak hesaplanmtr.
ekil 14. Akdeniz iin seilen pilot blge ve uygulamalarn yapld A-C ve A-D hatlar
31
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
46/97
letim kayb hesaplamalarnda deiken parametreler olarak 400, 900 ve 3500 Hz alma
frekanslar alnmtr. llerle mukayese yapabilmek iin arazi lmlerinde kullanlan
kaynak ve alc derinlikleri ve frekans deerleri kullanlmtr. Bu derinlikler kaynak iin 90,alc iin ise 80 metredir. A-C hattna ait hz, scaklk ve tuzluluk deerleri ekil 15te
gsterilmitir.
ekil 15. A-C hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri
Kraken ve Bellhop modelleri ile hesaplanan transmisyon kayplar, NATO Undersea
Research Centre (NURC)n 16-26 ubat 1997 tarihleri arasnda Seyir Hidrografi ve
Oinografi Dairesi (SHOD) ile yapt ortak almada alnan transmisyon kayb lmleriyle
karlatrlmtr (ekil 16, 17 ve 18). kan sonulardan bu blge iin genel olarak Bellhop
modeliyle hesaplanan transmisyon kayplarnn, Kraken ile hesaplananlara gre lm
sonularna daha yakn olduu gzkmektedir. Grld gibi 900 ve 3500 Hz frekanslarnda
modeller daha baarl sonular vermitir.
32
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
47/97
ekil 16. A-C hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken ve Bellhop modelleriyle hesaplanan
transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 17. A-C hattnda, 900 Hz frekans iin Kraken ve Bellhop modelleriyle hesaplanan
transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
33
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
48/97
ekil 18. A-C hattnda, 3500 Hz frekans iin Kraken ve Bellhop modelleriyle hesaplanan
transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
Akdeniz A-C hattnda yaplan karlatrlmalar sonucunda Bellhop modelinin bu blgede
daha uygun olduu grlm ve bu hat zerindeki transmisyon kayplarn grmek amacyla,
400, 900, 3500 ve 7500 Hz al
ma frekanslar
nda model al
t
r
lm
t
r. Transmisyon kayb
uzaklk grafiklerinde (ekil 16-18), sadece seilen bir alc derinliindeki kayplar grlmekte
iken, benzetim grafiklerinde derinlik ve uzakla gre ses kayplar grlebilmektedir (ekil
19, 20, 21 ve 22). Bu ekillerde sol tarafta hatta ait hz derinlik grafikleri, sa tarafta ise
transmisyon kayb lei grlmektedir. Burada ses kayplar dB cinsinden verilmi olup,
transmisyon kayb lei 0 ile 100 dB aras kaynak derinlii ise 90 metredir. Derinlik metre
ve uzaklk ise kilometre cinsinden verilmitir. Deniz taban profili beyaz izgi ile
gsterilmitir. Akdenizdeki alma sahasnn dip yaps killidir ve modelde bu ekilde
deerlendirilmitir. Bu amala ses hz iin 1525 m/s, younluk iin 1.5 g/cm3, akustik
sorulma iin ise 0.1 dB/m/kHz deerleri kullanlmtr. A-C hattnda yaplan bu uygulama
sonunda kan aadaki grafiklerde; frekans ykseldike transmisyon kayplarnn da artt
ve daha alak frekansta sesin daha uzaklara seyahat edebildii grlmektedir ki, bu da olmas
gereken durumdur.
34
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
49/97
ekil 19. A-C hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz - derinlik grafii.
ekil 20. A-C hattnda 900Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz - derinlik grafii.
ekil 21. A-C hattnda 3500Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz - derinlik grafii.
35
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
50/97
ekil 22. A-C hattnda 7500Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-C hattnn hz - derinlik grafii.
Bellhop modeli anlatlrken bahsedildii gibi, bu modelle istenirse n yaylm yollar da
hesaplanabilmekte ve uzaklk, derinlik grafiine eklenebilmektedir. Bellhop modelinde A-C
hatt iin n yollar hesaplanarak, rnek olarak seilen 400Hz frekanstaki transmisyon kayb
uzaklk, derinlik grafiinin zerine yerletirilmi ve n yollar sar ile gsterilmitir (ekil
23). Bu ekilde grld gibi ses kaybnn az olduu blgeler n yollarnn zerinde
bulunmaktadr. Yine ekil 24da grlen ve elips iine alnan blge n yollarnn zerindeolduu halde burada transmisyon kaybnn fazla olduu grlmektedir. Bunun nedeni olarak
buradan geen nlarn grafikte grld gibi dipten yansyarak gelen nlar olmas ve dip
yansmas srasnda bu nlarn byk kayba uramalardr.
ekil 23. Akdeniz A-C hattnda Bellhop modeliyle hesaplanan n yollar.
36
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
51/97
ekil 24. A-C hattnda ses kaybnn yksek olduu glge blge (shadow zone).
A-C hattnda yaplan bu uygulama sonucunda Bellhop modelinin blge iin daha iyi
sonular verdii grlmtr. Bunun zerine ekil 15deki haritada grlen A-D hatt iin
Bellhop modeliyle 200, 400, 800 ve 1600 Hz alma frekanslar iin transmisyon kayplar
hesaplanmtr. Bu frekanslarn seilme nedeni, NURC ve SHOD ortak projesinde uygulanan
frekanslar olmalardr. A-D hattna ait hz, scaklk ve tuzluluk deerleri ekil 25te
gsterilmitir. Yine bu almada kullanlan 90 m kaynak derinlii ve 60 m alc derinlii iin
transmisyon kayplarekil 26daki grafikte grlmektedir.
ekil 25. A-D hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri.
37
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
52/97
Beklendii gibi, frekans ykseldike kayplarda artmaktadr. Bununla birlikte, hesaplanan
transmisyon kayplar uzaklk ve derinlie bal olarak ekil 27, 28, 29 ve 30da
gsterilmitir. ekillerde deniz taban profili beyaz izgi ile gsterilmitir. A-C hattndaolduu gibi bu grafiklerde de sol tarafta hz-derinlik, sada ise yine 0 dB 100 dB aralnda
transmisyon kayb lei yer almaktadr. Burada da kaynak derinlii AC hatnda olduu gibi
90 metredir.
ekil 31de ise A-D hatt iin n yollar hesaplanm ve saryla gsterilmitir. rnek
olarak seilen 800Hz frekanstaki transmisyon kayb uzaklk, derinlik grafii zerine
yerletirilmitir. Birbirlerine yakn blgelerde olan A-C ve A-D hatlarnn tuzluluk, scaklk
ve younluk deerleri birbirinden ok farkl olmad ve iki hattn batimetrileri de benzer
olduu iin, n yollar ve ayn frekanslardaki ses kayplar benzerlik gstermektedir. Bu
durum grafiklerden gzkmektedir.
ekil 26. A-D hatt iin Bellhop modeliyle deiik frekanslarda hesaplanan transmisyon
kayplarnn karlatrmas
38
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
53/97
ekil 27. A-D hattnda 200Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii.
ekil 28. A-D hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii.
ekil 29. A-D hattnda 800Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii.
39
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
54/97
ekil 30. A-D hattnda 1600Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop modeliyle
benzetimi ve A-D hattnn hz - derinlik grafii.
ekil 31. Akdeniz A-D hattnda Bellhop modeliyle hesaplanan n yollar.
40
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
55/97
4.2 Karadeniz Uygulamas
NURC ve SHODun Karadenizde dzenledii ortak projesi srasnda ekil 32de grlen
K-A, K-H, K-M ve M-Y blgelerinde transmisyon kayplar llmtr. Bu tez almas
iin M-Y hatt hari dier hat seilmitir.
ekil 32. Karadeniz iin seilen pilot blge ve uygulamalarn yapld K-A, K-H ve K-M
hatlar.
41
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
56/97
kinci pilot blge olarak seilen stanbul Boaz Karadeniz knda transmisyon kayplar,
K-A, K-H, K-M hatlar zerinde Bellhop, Kraken ve RAM modelleri kullanlarak
hesaplanmtr. K-A, K-H ve K-M hatlarna ait hz, tuzluluk ve scaklk deerleri ekil 33-35de verilmitir. Sadece K-A hattnda Akdeniz suyuna tam olarak ve 80 metrede girilmitir.
Hesaplamalar yaplrken kan sonular NURC ve SHODun 12 Haziran 12 Temmuz 1996
tarihleri arasnda yaptklar alma srasnda llen deerlerle karlatrabilmek iin, arazi
lmlerinde kullanlan frekans, kaynak derinlii ve alc derinlii deerleri kullanlmtr
(ekil 36 52). Bu deerler; Akdeniz rneinden farkl olarak kaynak derinlii iin 18, alc
derinlii iin ise 75 metredir. Frekans deerleri ise; 50, 200, 400, 1000, 1600 ve 2000Hz
olarak al
nm
t
r. Karadenizdeki al
ma sahas
n
n dip yap
s
Akdenizdekinin tersinekumludur ve uygulanan modellerde ses hz iin 1700 m/s, younluk iin 2.0 g/cm3, akustik
sorulma iin ise 0.5 dB/m/kHz deerleri kullanlmtr.
ekil 33. K-A hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri
ekil 34. K-H hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri
42
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
57/97
ekil 35. K-M hattna ait llen hz, scaklk ve tuzluluk deerleri
ekil 36. K-A hattnda, 50 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle hesaplanan
transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
43
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
58/97
ekil 37. K-A hattnda, 200 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 38. K-A hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
44
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
59/97
ekil 39. K-A hattnda, 1000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 40. K-A hattnda, 1600 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
45
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
60/97
ekil 41. K-A hattnda, 2000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 42. K-H hattnda, 50 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle hesaplanan
transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
46
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
61/97
ekil 43. K-H hattnda, 200 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 44. K-H hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
47
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
62/97
ekil 45. K-H hattnda, 1000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 46. K-H hattnda, 1600 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
48
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
63/97
ekil 47. K-H hattnda, 2000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 48. K-M hattnda, 50 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
49
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
64/97
ekil 49. K-M hattnda, 200 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 50. K-M hattnda, 400 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
50
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
65/97
ekil 51. K-M hattnda, 1000 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
ekil 52. K-M hattnda, 1600 Hz frekans iin Kraken, Bellhop ve RAM modelleriyle
hesaplanan transmisyon kayplarnn saha lm sonular ile karlatrlmas.
51
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
66/97
Karadenizdeki bu hat iin yaplan karlatrmalar sonucunda, RAM modelinin bu
blge iin dier iki modele gre ok daha baarl olduu grlmektedir. Kraken modelininise; stanbul Boaz k iin s suda baarsz olduu grlmektedir. zellikle ekil 36 ve
42de grld gibi dk frekansta (50 Hz) K-A ve K-H hatlarnda model alrken hata
vermitir. Alc derinliinin 75 m olduu durumlar iin karlatrmalar grdkten sonra,
Bellhop ve RAM modelleriyle her hat iin de farkl frekanslarda transmisyon kayplar
benzetimleri yaplmtr (ekil 53- 69). Bu ekillerde, hatta ait hz-derinlik ve scaklk-
derinlik grafikleri sol tarafta, transmisyon kayb lekleri ise sa tarafta verilmitir.
Transmisyon kayb
lekleri dB cinsinden olup; K-A hatt
iin 30 ile 80 dB, K-H hatt
iin 35ile 85 dB ve K-M hatt iin 40 ile 110 dB arasndadr. ki modelin sonularnn da grld
bu grafiklerde; birn teorisi modeli olan Bellhop ile, bir parabolik eitlik modeli olan RAM
arasndaki farklar da grlmektedir.
ekil 53. K-A hattnda 50Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop ve RAM
modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri.
52
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
67/97
ekil 54. K-A hattnda 200Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop ve RAM
modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri.
ekil 55. K-A hattnda 400Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop ve RAM
modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri.
53
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
68/97
ekil 56. K-A hattnda 1000Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop ve RAM
modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri.
ekil 57. K-A hattnda 1600Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop ve RAM
modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri.
54
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model Applications in the Medite
69/97
ekil 58. K-A hattnda 2000Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop ve RAM
modelleriyle benzetimi ve K-A hattnn hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri.
ekil 59. K-H hattnda 50Hz frekans iin transmisyon kayplarnn Bellhop ve RAM
modelleriyle benzetimi ve K-H hattnn hz derinlik ve scaklk - derinlik grafikleri.
55
8/2/2019 Akdeniz Karadeniz Su Alti Akustik Yayilim Model Uygulamalari Acoustic Propagation Model App