水声传播损失的不确定性量化与地声参数反演是水声领域的两个经典问题。在以上两个问题的研究中,复杂水声模型涉及较大的计算量是以上两个问题研究和应用中需要克服的困难之一。在保证一定计算精度的前提下如何提升相关水声计算效率,具有重要的研究价值。Kriging模型是最优、线性、无偏的地学统计模型,具有比较优异的拟合性能。本文将Kriging替代模型引入水声传播损失的不确定性量化与地声参数反演相关计算,提出了基于Kriging替代模型的声场快速算法,并通过单频率FOR3D模型,多频率FOR3D模型,Kraken模型替代实验,验证替代模型的正确性和可行性。研究表明,在保证计算精度的前提之下,Kriging替代模型可显著提升计算效率。基于替代模型,本文完成了声传播损失不确定性量化,以较小的计算代价得到了较好的实验结果,为不确定性分析的高效计算奠定了方法基础。此外,利用差分进化算法和匹配场反演,建立了基于替代模型的地声参数反演系统,对海底声速和海底密度两个参数进行反演,求解了反演参数的概率密度分布,实现了高效准确的参数反演计算。