南海水下逐鹿：水文环境和水声通道

兰天

               南海水下逐鹿：水文环境和水声通道      
      
   

三艘094级战略核潜艇齐聚三亚，预示着南海海域即将成为中国的“堡垒海域”（资料图）

编者按：作为核大国战略安全的重要基石，弹道导弹战略核潜艇的安全活动区域向来被称为“堡垒海域”，例如苏联时代的巴伦支海就是这样一个海域。随着中国南海岛礁建设的稳步推进，中美战略博弈进入一个崭新的阶段。作为中国未来的“堡垒海域”，南海对中美有多重要？南海环境对于战略核潜艇到底如何？在这一片强敌环伺的海区里，中美各方的反潜攻防能力到底如何？凤凰军事特约军事专家剪水鹱推出“南海水下逐鹿”系列，专门解读南海的中国“堡垒海域”攻防战。
南海水下逐鹿系列之一：水文环境和水声通道
凤凰军事特约作者：剪水鹱

南海和印度洋的海上交通情况，绿点越多代表船只越密集（资料图）

兵家必争之地
南中国海东连太平洋，西接印度洋，是至关重要的海上交通大动脉。每年有超过5万艘次的大型远洋船舶途经南中国海前往世界各地，其中仅集装箱船就有2万艘次以上。穿越南中国海的原油运输流量是苏伊士运河的7倍，巴拿马运河的17倍。全球2/3的液化天然气海上运输取道南中国海。南中国海沿岸160千米内居住着5亿人口，与整个欧洲联盟的人口总数相当。南中国海-印度洋水道连接着14亿人口的中国，13亿人口的印度，11亿人口的非洲，6亿人口的东盟，2.5亿人口的孟加拉，2亿人口的巴基斯坦，经济潜力无可限量。美国海军的新世纪两洋战略中，印度洋已取代大西洋，成为与太平洋并列的“必守之地”。
然而对于美国海军来说，南中国海的战略价值仍不能与加勒比海和地中海相提并论。如果加勒比海-巴拿马运河通道遭到封闭，美国海军在大西洋与太平洋之间实施兵力调动时必须绕行美洲最南端，单程航行距离增幅可达1万千米以上。如果地中海-苏伊士运河通道出现梗塞，往来于大西洋与印度洋之间的美军舰艇将被迫取道好望角，单程航行距离增加约4000千米。
即使南中国海成为中国的“内湖”，美国海军作战编队仍可通过印度尼西亚与澳大利亚之间的所谓“海空间隙”等替代路径前往印度洋，由此导致的额外航行距离与地中海-苏伊士运河及加勒比海-巴拿马运河通道受阻情景相比几可忽略不计。类似地，实现对南中国海的有效控制并不意味着中国海军就此得以扼住日韩两国海上运输线的咽喉。
海底地形

南海海底地形图（资料图）

以中国海军的视角观察，则南中国海的战略重要性陡然上升。南中国海的总面积超过350万平方千米，比地中海和加勒比海都大，地理位置上相对远离美日联军兵力较为集中的东北亚战区，并且海面较为开阔，除了海南岛之外不存在能够要塞化的大型岛屿，是目前及近未来中国海军远洋机动编队最为理想的出发集结水域。南中国海平均水深1212米，中部深海平原的最大水深达到5567米，为执行战略威慑巡航任务的中国海军弹道导弹核潜艇提供了充足的垂直机动空间。

巴伦支海水深（资料图）

相比之下，苏联北方舰队的巴伦支海“堡垒”面积仅140万平方千米，平均水深只有230米，导致藏身其间的战略弹道导弹核潜艇无法充分利用深潜能力实施战术规避。巴伦支海的水域开放程度远甚于南中国海，更易被敌方进攻型反潜兵力渗入，其海面交通流量与渔业活动规模则无法与南中国海相提并论，声学背景较为“干净整洁”，极大地降低了美英海军攻击型核潜艇利用被动声纳捕猎苏军战略导弹核潜艇的难度。
水声环境
巴伦支海的声学环境令苏联海军在防守堡垒区时面对的困境雪上加霜。声学信号在介质中传播时，路径向速度较低方向弯曲。海洋声速"低谷"水层因此形成了事实上的声学波导通道。以较小角度入射的低频声波依靠折射现象与该波导通道耦合之后，就能以极低损耗实现长距离传播。声音在海水中传播的速度受到温度，压强，含盐量三方面因素的影响。水温每上升1摄氏度，声音的传播速度就增加3米/秒。压强每提高1个大气压，声音的传播速度即加快0.17米/秒。每1/1000的含盐量增长则对应着1.3米/秒的声速增幅。

水声通道随纬度变化情况，横轴为纬度，纵轴为水深，实线为水声等速线（资料图）

巴伦支海等高纬度海域的表层温度远低于深海水温，声速"低谷"区的深度相应较浅。所谓的“深海”水声通道的轴线在极区海域实际上已接近海面，军用潜艇的典型活动深度几乎完全处于该水声通道内部。美军部署在格陵兰-冰岛-英国反潜拦截带海底山脉之上的大型水声监听站于是得以利用深海水声通道的波导效应，对游弋于1000海里外北冰洋海域的苏军潜艇实施有效监视。
冷战末期的苏军潜艇安静性大跃进虽然使得美军固定式水声监听体系的效能大打折扣，却无法改写物理学基本法则，声纳系统配置异常豪华的美军SSN-21“海狼”级攻击型核潜艇仍可利用深海水声通道进行远程探测，对隐蔽在巴伦支海与鄂霍茨克海堡垒中的苏军战略弹道导弹潜艇发动突然袭击。
南中国海所在纬度较低，深海水声通道轴线的平均深度可达千米以上，活动于上层水体的潜艇所产生的噪声中，仅极为微小的比例能够与深海水声通道实现耦合，水文条件极其不利于超远程反潜探测。民用船舶的高强度活动带来了嘈杂的背景噪声，进一步增加了依靠被动声纳捕获安静型潜航目标的难度。南海的声学环境因此对中国海军战略弹道导弹潜艇隐匿行踪颇为有利，但也使得人民解放军无法构建冷战时期美军模式的大型远程反潜监视体系。
水下监听
中国军方近年来开始部署的水下监听系统很可能由一系列小型海底水听器组成，每个水听器负责监听其上方特定角度内近似圆锥状的区域。声信号传播方向越接近垂直，受到水体折射作用的影响就越小。静坐于海底的小型水听器以“仰望”模式监听其上方水体时可无视各类密度跃变层的存在，对低速航行的安静型潜艇也有颇高的捕获概率。设置于南中国海堡垒区各进入通道海底的此类监听系统将构成解放军南中国海反潜作战体系的外围警戒带。

T-AGOS-23“无瑕”级水声监听舰（资料图）

冷战时期的美国海军依靠水声监听舰拖曳的大孔径线列阵声纳填补海底监听网络覆盖范围的缺口。满载排水量约2500吨的T-AGOS-1“坚定”级是搭载AN/UQQ-2大型拖曳声纳水声监听系统的第一代平台，1984-1990年间共交付18艘，目前已全部退役。美国海军现有4艘满载排水量约3400吨的T-AGOS-19“胜利”级与1艘满载排水量超过5000吨的T-AGOS-23“无瑕”级水声监听舰。上述两型水声监听舰均采用小水线面双体船设计以提高平台稳定性。
身材较为魁梧的“无瑕”号配备了主动部分重达155吨，信号发射强度达到235分贝的全状态版低频主动声纳，“胜利” 级中的T-AGOS-19，20，21三舰则安装了主动部分被压缩至64吨的紧凑版低频主动声纳。虽然南中国海的水文条件使得美军水声监听舰无法依托深海水声通道捕获数百甚至千余海里之外的潜艇，而中国军用潜艇安静性的持续改善又进一步恶化了美军反潜探测体系面临的困局，但低频主动声纳仍可利用水声会聚区对声信号的收集作用，侦测出数百海里半径内大型潜航物体的行踪。

水声会聚区示意图（资料图）

海水温度在温度跃变层内急速下降至接近深海区恒定值的水平。温度跃变层下方水层的声速随深度稳步增长，声信号的传播路径相应向浅水方向弯折，深海水体起到虚拟"凸透镜"的会聚作用，将分散的声学信号逐步汇集至宽数海里，深度数百米的区域内，这就是水声会聚区。
水声会聚区的间隔受海洋环境影响而无一定之规，在海军强国扎堆的北大西洋和北太平洋通常为30-35海里，宽度则随与声源的距离增加而逐步变大。依靠水声会聚区的声信号聚焦作用，冷战后期装备美国海军水面战舰的AN/SQR-19低频被动拖曳线列阵声纳能够探测到第三水声会聚区内即大约100海里外高速航行因而噪声水平较高的潜艇和水面战舰。

AN/SQR-19声纳（资料图）

目前美国海军共有20艘“提康德罗加” 级导弹巡洋舰与28艘“伯克”I/II型导弹驱逐舰安装了AN/SQR-19声纳。由于红色帝国瓦解，潜艇威胁退潮，加之被动拖曳线列阵声纳无法有效反制现代化安静型潜艇，且在深海大洋对非安静型潜艇实现远程被动探测所依赖的水声会聚效应在浅海水域也无迹可寻，冷战结束后设计建造的IIA型“伯克”不再安装AN/SQR-19，声学反潜探测的技术前沿也从低频被动声纳转移至低频主动声纳。
“无瑕”级配备的大型低频主动声纳拥有目前无与伦比的大范围反安静型潜艇探测能力，但庞大笨重，成本高昂，并因可能对海洋哺乳动物造成伤害而遭到环保人士的口诛笔伐。在低频主动声纳领域，中国海军选择了与英法德相同的发展路线，即轻型战术级系统优先。
远程反潜探测能力在很长时间里都是中国海军的主要短板之一。
下篇预告：中国声纳 双重赶超。尽请期待。本文为凤凰军事独家稿件