近年來，我國海洋科學和技術已經取得長足進步，特別是在深水、綠色、安全的海洋高新技術領域突破不斷，但海洋基礎科技創新能力仍有待提高。海洋信息領域重視“非線性科學”作為科學前沿的基礎性作用，可以為提高我國海洋科技創新能力打開“一扇窗”。
直觀來看，如果一個變量跟隨另一個變量成比例地變化，它們之間的關系在坐標系中呈現一條直線，我們就稱這兩個變量之間的關系為“線性”關系。用“打開水龍頭”的過程打個比方，更容易感受什么是“非線性”。我們經常遇到這樣的情況，開自來水龍頭的時候，剛開始擰了半天也沒水，擰到一定程度水突然嘩嘩地流出來，這便是“非線性”，即水龍頭擰開多少和水流多大這兩個變量并沒有簡單地成比例變化。
在科學上，隨著人們對現實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“線性”認識，非線性科學逐步興起。
光學上的“拉曼效應”便是一個典型案例。其本質是一種共振波與波的相互作用，類似光學中的受激拉曼散射現象。基于這一效應設計的拉曼光譜技術已經廣泛應用于無損分析領域，分析樣品的化學結構、形態、結晶度及分子相互作用等詳細信息。“非線性超聲檢測技術”則是一種新興的無損檢測手段，能夠靈活地進行波型轉換、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勢。
經過長時間的不斷發展，如今非線性科學幾乎涉及自然科學和社會科學的各個領域，改變著人們對現實世界的傳統看法。非線性科學可以為用傳統線性科學思維解決不了的問題提供一個新視角。
在我從事的水聲學研究中，非線性科學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，海洋信息領域圍繞水下聲波開展的一系列水聲學研究由此成為近年來科學界關注的熱點。聲波在水下的傳播性能最好，是目前唯一可進行水下遠距離信息傳播的載體。水聲學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程有關的各種問題。
水聲學有聲場控制能力和聲信息獲取能力兩大任務。其中，聲場控制能力任務是要最大限度降低噪聲，提高聲場控制性能；聲信息獲取能力任務則要最大限度放大信號，提高信息獲取能力。可以說，誰掌握了水下聲場調控技術，誰就掌握了水下聲場控制能力和聲信息獲取能力的主動權。因此，利用非線性技術進行水下聲場調控成為關鍵。
在解決船舶減振降噪遇到的難題時，我所在的科研團隊就用“非線性”思路開展探索，獲得了一系列科學突破。
目前，國際上主要從噪聲源和傳播途徑實施控制入手，但噪聲控制仍然是船舶聲場控制的核心，也是一道公認的世界難題。對此，科研團隊經過十幾年研究發現，水下聲波受到的氣泡等雜質介質的散射是非線性散射，而聲場中聲波的時空頻特性均會因此而發生改變。這意味著，水下聲場能夠被激發和調控。隨后，研究人員通過實驗證明，利用非線性聲場控制技術可以實現低頻噪聲調控效果。
同時，研究人員還利用對水下聲場的非線性激發和調控機制，獲得與傳統基陣相比更高的目標信號增益，顯著提高了信息獲取能力。
總之，這些成果的取得都離不開非線性科學。因此，我們有理由相信，非線性科學將為以水聲學為代表的海洋信息領域注入強勁的動力。
來源：《中國科學報》
