近年來(lái)，我國海洋科學(xué)和技術(shù)已經(jīng)取得長(cháng)足進(jìn)步，特別是在深水、綠色、安全的海洋高新技術(shù)領(lǐng)域突破不斷，但海洋基礎科技創(chuàng )新能力仍有待提高。海洋信息領(lǐng)域重視“非線(xiàn)性科學(xué)”作為科學(xué)前沿的基礎性作用，可以為提高我國海洋科技創(chuàng )新能力打開(kāi)“一扇窗”。
直觀(guān)來(lái)看，如果一個(gè)變量跟隨另一個(gè)變量成比例地變化，它們之間的關(guān)系在坐標系中呈現一條直線(xiàn)，我們就稱(chēng)這兩個(gè)變量之間的關(guān)系為“線(xiàn)性”關(guān)系。用“打開(kāi)水龍頭”的過(guò)程打個(gè)比方，更容易感受什么是“非線(xiàn)性”。我們經(jīng)常遇到這樣的情況，開(kāi)自來(lái)水龍頭的時(shí)候，剛開(kāi)始擰了半天也沒(méi)水，擰到一定程度水突然嘩嘩地流出來(lái)，這便是“非線(xiàn)性”，即水龍頭擰開(kāi)多少和水流多大這兩個(gè)變量并沒(méi)有簡(jiǎn)單地成比例變化。
在科學(xué)上，隨著(zhù)人們對現實(shí)世界認識和思考的不斷深入，孤立波、混沌與分形、自組織與耗散結構以及湍流等現象逐漸打破了人們對世界的“線(xiàn)性”認識，非線(xiàn)性科學(xué)逐步興起。
光學(xué)上的“拉曼效應”便是一個(gè)典型案例。其本質(zhì)是一種共振波與波的相互作用，類(lèi)似光學(xué)中的受激拉曼散射現象?；谶@一效應設計的拉曼光譜技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于無(wú)損分析領(lǐng)域，分析樣品的化學(xué)結構、形態(tài)、結晶度及分子相互作用等詳細信息?！胺蔷€(xiàn)性超聲檢測技術(shù)”則是一種新興的無(wú)損檢測手段，能夠靈活地進(jìn)行波型轉換、調整混頻傳播方向、調整混合區域，具有抗干擾能力強、檢測方法靈活度高的獨特優(yōu)勢。
經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的不斷發(fā)展，如今非線(xiàn)性科學(xué)幾乎涉及自然科學(xué)和社會(huì )科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，改變著(zhù)人們對現實(shí)世界的傳統看法。非線(xiàn)性科學(xué)可以為用傳統線(xiàn)性科學(xué)思維解決不了的問(wèn)題提供一個(gè)新視角。
在我從事的水聲學(xué)研究中，非線(xiàn)性科學(xué)的應用也要得到重視。海洋具有特殊的物理特性，深海之中唯有聲音能傳播信息，海洋信息領(lǐng)域圍繞水下聲波開(kāi)展的一系列水聲學(xué)研究由此成為近年來(lái)科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。聲波在水下的傳播性能最好，是目前唯一可進(jìn)行水下遠距離信息傳播的載體。水聲學(xué)主要研究聲波在水下的輻射、傳播與接收，以解決與水下目標信息獲取和傳輸過(guò)程有關(guān)的各種問(wèn)題。
水聲學(xué)有聲場(chǎng)控制能力和聲信息獲取能力兩大任務(wù)。其中，聲場(chǎng)控制能力任務(wù)是要最大限度降低噪聲，提高聲場(chǎng)控制性能；聲信息獲取能力任務(wù)則要最大限度放大信號，提高信息獲取能力?？梢哉f(shuō)，誰(shuí)掌握了水下聲場(chǎng)調控技術(shù)，誰(shuí)就掌握了水下聲場(chǎng)控制能力和聲信息獲取能力的主動(dòng)權。因此，利用非線(xiàn)性技術(shù)進(jìn)行水下聲場(chǎng)調控成為關(guān)鍵。
在解決船舶減振降噪遇到的難題時(shí)，我所在的科研團隊就用“非線(xiàn)性”思路開(kāi)展探索，獲得了一系列科學(xué)突破。
目前，國際上主要從噪聲源和傳播途徑實(shí)施控制入手，但噪聲控制仍然是船舶聲場(chǎng)控制的核心，也是一道公認的世界難題。對此，科研團隊經(jīng)過(guò)十幾年研究發(fā)現，水下聲波受到的氣泡等雜質(zhì)介質(zhì)的散射是非線(xiàn)性散射，而聲場(chǎng)中聲波的時(shí)空頻特性均會(huì )因此而發(fā)生改變。這意味著(zhù)，水下聲場(chǎng)能夠被激發(fā)和調控。隨后，研究人員通過(guò)實(shí)驗證明，利用非線(xiàn)性聲場(chǎng)控制技術(shù)可以實(shí)現低頻噪聲調控效果。
同時(shí)，研究人員還利用對水下聲場(chǎng)的非線(xiàn)性激發(fā)和調控機制，獲得與傳統基陣相比更高的目標信號增益，顯著(zhù)提高了信息獲取能力。
總之，這些成果的取得都離不開(kāi)非線(xiàn)性科學(xué)。因此，我們有理由相信，非線(xiàn)性科學(xué)將為以水聲學(xué)為代表的海洋信息領(lǐng)域注入強勁的動(dòng)力。
來(lái)源：《中國科學(xué)報》
