研究来源于大气地声波地产生机制和各种声源地声波在大气中地传播规则（规律）地学科，是大气物理学地一个分支。
　　简史 　18世纪初，在欧洲曾丈量过声音在大气中传播地可闻距离，这是大气声学研究地开端。19世纪中叶以后，物理学家O.雷诺、G.G.斯托克斯和J.廷德耳等人辨别研究了大气温度结构对声曲折射地作用、大气风场对声波地折射效应和睦象要素（温度等）脉动对声波地散射效应等大气声波传播情况。20世纪初，在丈量爆炸地可闻区时，发觉了除爆炸源四周地可闻区外，在离源200公里左右地距离上又出现了一个可闻区(图1)，称为不同寻常可闻区。随后从理论上解释了这种不同寻常传播现象，以为是由平流层逆温和风结构所惹起地声曲折射。为此，在20～30年代曾进行了爆炸声波不同寻常传播地较大规模实验，一方面验证了不同寻常传播地理论，另一方面从探测结果推算平流层上部大气地温度和风。同时，从爆炸声波不同寻常传播实验中发觉了次声波，开端了大气次声波研究。到50年代，还采用火箭携带榴弹在高空爆炸，在地面上丈量其发出地声波，获取了80公里以下地大气温度和风廓线。到50年代末，树立了较完善地大气声波散射理论，据此理论，在60年代末研制成了声雷达，用以遥感边界层气候要素（见声波大气遥感）。

　　大气中地声波 　声源　大气中地声源包含人工声源和自然声源两类。人工声源包含人工爆炸声和飞行器发出地声音等。自然声源包含非纯粹大气发声和纯粹大气发声两种，前者包含流星穿入大气、海浪和地震激发起地大气声波，以及风和地表障碍物地冲突发声等，后者包含强风暴系统中大气运动惹起地湍流发声和对流发声、雷声以及极光发声等。
　　大气中自然源发出地声波具有极宽地频谱，其高频端达10²～10³赫（雷声频谱地高频端），低频端周期达几分钟。此外，在周期几分钟至几十分钟内，还存在一类空气压缩力和重力共同参与作用地声重力波，习惯上称为大气次声波。大部分自然声源首要产生大气次声波。因为发声进程地繁杂性、丈量技术和识别声源方面地困难，仅对雷声作过较多地频谱丈量，其她发声进程地频谱尚只能估量。
　　雷声 　雷是伴随闪电出现地大气发声现象。雷形成地机制,首要是强烈地闪电放电时,电流通过闪电通道而产生高温高压等离子体，造成一个向通道四周传播地激震波，这个高压激震波在很短距离内迅速衰减并退化为强地可闻声和次声。对闪电次声波产生机制地解释，还有一种理论,以为闪电进程中数十库电量忽然被中和,使原有荷电云内地电应力忽然释放，由此造成荷电云地忽然压缩，这个压缩波会形成频率十分之几赫至几赫地次声波。当前还缺少恰当地实际丈量来辨别两种机制各自地重要性。
　　因为闪电放电地繁杂性，不同闪电地雷声在时间变化和强度等方面也有很大差异，大致可分为炸雷（clap，持续时间1秒左右地强烈雷声脉冲）、闷雷（peal,重复数次地隆隆声脉冲）和拉磨雷（rumble，持续较长时间地低沉声响）三种。60年代以来对雷声声强谱密度地丈量表明，雷声声强谱地峰值所在地频率为4～125赫，有地雷声声强谱峰处于次声波段，有地在可闻声波段。一次雷在不同时刻地声音，其瞬时声强谱也存在很大差异（图2）。雷声地繁杂性也为研究雷雨云提供了一种信息来源。

　　声波在大气中地传播 　声波在大气中传播时同大气互相作用而产生地各种声波传播效应，首要包含衰减、吸收、散射、折射和频散等。
　　声波衰减 　因为大气对声波地吸收和散射，入射声波地强度在传播方向上逐渐削弱。它和光波在大气中衰减(见大气消光)一样，通常按指数律衰减。惹起衰减地机制为：①空气分子地经典吸收。这由空气分子地粘性和热传导所造成。分子粘性使声波传播时所惹起地空气运动受到阻尼，声能用于克服冲突力而转变为热能。粘性越大，振动越快（声频越高），声波地衰减越大。声波在空气中传播时，惹起空气微粒地机械振动，使气体介质不时发生疏密变化。气体密（压缩）时要增温，疏（膨胀）时要降温，由此各部分之间形成了温差。因为空气地热传导，热量将从高温处向低温处输送，这些能量不能再复原为声波机械振动，从而造成声波衰减。②空气分子地吸收。声波传播造成分子转动和振动地能量变化，当这些能量重新转换为声能时，出现了时间张弛，使部分声能消耗而转化为热能。经典吸收和转动吸收都和声波频率f地平方成正比,声波衰减系数α 地经历公式为

P_o为准大气压（1013.25百帕），P 为实际气压（百帕）,T_o为293K，T 为实际气温(K)。当P=P_o，T =T_o时，衰减系数α约为1.6×10^-7f²分贝/公里。在分子振动能级惹起地衰减中，被激发地氧和氮地振动能因为和水汽分子地振动能级相近，产生了能量转移，最后被激发地水汽分子产生红外辐射而消耗了声能。因而分子振动衰减同声波频率和大气中水汽含量均相关系。对相对湿度不同地大气，声波地衰减系数随声波吸收频率变化地曲线而不同，但都出现明显地峰值。并且峰值都位于相对湿度低地区域(<30％),峰值衰减系数较经典吸收大1～2个量级。③散射衰减。因为大气温度和风速地小尺度不均匀性，使部分声波能分开原传播方向而散射，惹起原传播方向声波地衰减。衰减量与大气湍流状态密切相关。强湍流时地声波衰减和分子振动衰减同量级。频率越高，声波散射越强,衰减也越大。④云雾衰减。实测表明,云雾对低频声波和次声波衰减地作用较强，这类声波招致了云雾滴和空气中地水汽之间较强地热量和动量交换，以及质量转移和潜热释放。对通常可闻声频段，云并不惹起额外地衰减。总体而言，可闻声在大气中衰减很大，传播距离不超过几十公里，而次声波衰减很小，可传播数千公里。
　　声曲折射 　因为大气中地温度、湿度和睦压地分布不均匀，大气中各高度地声速逐渐变化，使声波地传播方向改变，即声射线地弯曲。它和光曲折射一样，遵从折射定律。大气中地声速，其中T、e、p辨别为温度(K)、水汽压和大气压(百帕)。由此可得：若铅直方向存在每公里0.1K 地逆温分布,则可惹起原来在水平方向传播地声波形成与地球有相同曲率地弯曲声射线。因而，声波在实际大气中传播时路径总有较大地弯曲。当温度沿铅直方向递减时，声射线向上弯曲；反之，当温度沿铅直方向递增时，声射线向下弯曲。近地面层大气中水汽分布地不同，也对声曲折射产生肯定地影响。因为实际大气中对流层温度铅直递减，平流层上部温度逆增，因而空中爆炸声通过低层大气地直接传播，只能在几十公里区域内可闻，在此以远则不可闻，但是，向上传播地那部分声波，抵达平流层后逐步向下弯曲，在肯定远处传播到地面，形成了一个远处地不同寻常可闻区。这种现象是声曲折射地一个惯例。除了因为温度和水汽分布不均匀造成地折射效应外，因为风地作用，实际声射线方向将是声速和风速地矢量和，由此惹起进一步地射线弯曲，并使顺风和逆风传播时声波产生不同地弯曲（图3）。这就造成地面各方向上不同寻常可闻区边界相对于声源地不对称性。在树立起大气温度和风廓线分布与声射线弯曲定量关系地基础上，利用多点对声波地丈量，能够求得温度和风地铅直分布。在肯定地大气层结（见大气静力稳定度）条件下，能够出现一层大气，使相当部分声波集中于该层中传播而较少散逸，称为声波导。波导层能够出如今近地大气中，也能够出如今某高度上。

　　声波散射 　因为大气常常处于湍流运动状态，其温度、湿度和风速地时空分布均有随机脉动，这使声波在大气中传播地速度在小尺度范围内也产生时空脉动，因而声波波阵面产生随机性地畸变。随机性波阵面地相关效应，使一部分声波波能脱离原传播方向而向其她方向传播，造成声波在湍流大气中地散射。声波散射地散射强度和方向分布取决于大气湍流地强度和频谱特征。在满足局地均匀各向同性运动状态地尺度范围内，声波散射强度地方向分布I_s(θ_s)具有如下形式：
I_s(θ<_s)=1.52k/^1/3_ocos²θ_s【0.13C²_n cos²(θ_s/2)C²_v(4c²)】【2sin(θ_s/2)】^-11/3
上式中θ_s为散射角，k_o波数，C²_n为由温度和湿度脉动惹起地声曲折射率湍流脉动结构常数，C²_v为风速湍流脉动结构常数，c为声速。由此可见，当θ_s=90°，即垂直于原传播方向地方向上,不存在声波散射,但在该方向附近区域，散射强度会产生急剧变化。当θ_s =180°，即后向散射方向，I_s(180°)仅与C²_n成正比，而与C²_v无关。散射强度还正比于k^1/3_o,亦即声波频率地1/3次方。利用声波大气散射原理已胜利地研制了声雷达，用以遥感边界层大气。
　　大气声波频散 　不同频率地声波在大气中具有不同地传播速度，因而在大气中传播地（非单频）次声波会产生频散。同时大气特定地温度层结和风结构对各种频率和向各个方向传播地次声波具有选择作用，即只允许某些频率地次声波作远距离传播，其她频率地传播则受到强烈抑止。这就是大气选模作用。理论上用恰当地流体力学方程组、大气层结形式和边界条件，已求得根本上符合实际地解。次声波地频散和大气选模作用，在探测人工和自然声源以及解释声信号特征方面，都是十分重要地。
　　应用 　研究大气中声波传播规则（规律），可为各类大气中地声学工程提供基础；还可用来探测大气结构和研究大气物理进程，特别是研究边界层结构、强对流地发生发展，以及上下层大气耦合进程等。这方向地研究正和大气重力波等各类波动进程地研究密切结合。
　　参考书目
　E.H.Brown， et al.， Advances in Atmospheric Acoustics,Review of Geophysics andSpace Physics，Vol.16，No.1，pp.47～110，1978.