Мировой океан стратифицирован по вертикали по температуре. В глобальном масштабе морская вода имеет относительно большой температурный диапазон, который зависит от местоположения и времени года. Температура воды в открытом океане колеблется от минимума -2 градуса Цельсия (28,4 градуса по Фаренгейту) до примерно 30 градусов Цельсия (86 градусов по Фаренгейту) и может достигать почти 38 градусов Цельсия (100 градусов по Фаренгейту) на мелководных прибрежных водах вокруг экватора.
Термальная структура океана делится на три зоны:
- приповерхностный слой, где температура почти одинакова по глубине. Здесь вода перемешиваются под воздействием ветра и волн, солнечных элементов циркуляции, приливов и т. д. Глубина приповерхностного слоя зависит от местоположения и сезона. В зимние месяцы он становится более выраженным на всех широтах и может достигать глубины 300 метров и более в средних широтах во время штормовой погоды. В полярных регионах вода зимой также перемешена, так что температура от поверхности до дна примерно одинакова. В обычных условиях дневная температура поверхностного слоя колеблется всего на 5 градусов.
- ниже приповерхностного слоя располагается слой скачка скорости звука, или термоклин, где температура начинает быстро понижаться с глубиной.
- глубоководный слой, в котором температура медленно понижается с глубиной.
Рассмотрим характеристики, т.е. акустические свойства слоя скачка скорости звука (термоклина)
В океане может присутствовать ряд сезонных термоклинов, которые различаются по глубине и количеству в зависимости от сезона (наиболее многочисленны и простираются до самых глубоких глубин в летнее время), а также статические термоклины, которые существуют круглый год и обычно занимают более глубокие воды, чем сезонные. (Термоклины могут быть идентифицированы на графике батитермографа, который представляет собой график, который изменения температуры как функции глубины. Как правило глубина откладывается по вертикальной оси, температура – по горизонтальной.
Четкие границы плотности появляются на различных термоклинах, которые изменяют акустические свойства воды.
Звук имеет тенденцию изгибаться (т.е. преломляться) при прохождении через термоклины и создавать «зоны тени» в некоторых диапазонах углов. Границы этих зон тени образуются ограничивающими лучами.
Однако, внутри приповерхностного слоя звук обычно распространяется вдоль слоя, особенно под углами менее 15 и более 45 градусов относительно горизонтали от источника.
В результате большая часть звука, генерируемого поверхностными источниками, улавливается в приповерхностном слое, иногда называемые «приповерхностным каналом», и может распространяться на значительные расстояния.
Есть исключения из этого эффекта, хорошим примером является Красное море, где горячая вода просачивается из термальных источников и накапливается на дне, и другой пример, в полярных морях, где присутствует чрезвычайно холодная поверхностная вода. Они создают обратные термоклины с температурами, которые увеличиваются с глубиной (а не обычным понижением с глубиной).