近年来,由于全球变暖,北极海冰消融,北极水声学成为了新的研究热点,北极水声学在交通运输、资源勘测、气候变化表征等领域的价值日益凸显,研究北极水声学具有重要的意义。北冰洋相对其他海洋具有独特的性质,大部分区域终年被海冰覆盖,具有独特的正梯度声速剖面和双声道声速剖面。本论文主要围绕北极海域水平变化声传播问题进行了研究。首先,基于美国国家冰雪数据中心在1960-2005年由潜艇仰视声纳收集的北极海冰吃水数据,分析了北极海冰底部形态特征,计算并分析了统计参数,并基于数据建立了描述海冰底部的随机粗糙表面模型,通过对比数据和模型的统计参数验证了模型的有效性。其次,假设粗糙海冰下表面是高斯分布随机粗糙表面,通过基于全波模型OASES计算了海冰反射系数,数值分析海冰反射系数随海冰厚度、粗糙度、声波频率、入射角的变化。最后,利用中国第九次北极科考声速数据,开展了北极海域水平变化声速剖面的声传播特性研究。基于OASES-BELLHOP建立了粗糙海冰覆盖下的水声传播模型,对声线轨迹和传播损失进行仿真分析。从北极典型声速剖面和双声道声速剖面两方面展开,通过对比水平不变和水平变化声速剖面的仿真结果,研究了粗糙海冰覆盖下水平变化声速剖面的声传播特性,分析了不同粗糙度海冰覆盖对水声传播特性的影响。研究表明,当声速剖面水平变化时,声线结构改变,声线的弯曲程度和方向、声线反转点深度随之改变,影响声线入射冰水界面的角度和冰面反射次数等,从而改变声能的空间分布,导致声能的衰减增加或减少,影响了水平传播距离,水平变化声速剖面对声传播有一定的不可忽略的影响。海冰越粗糙,表面声道内的声能衰减越快,水平传播距离变小,深海声道内的声能受影响相对较小。