我国是一个海洋大国,海洋为我国提供了不竭的渔业资源和开发潜力巨大的油气资源等。随着我国海洋生态资源状况持续的恶化,急需要一种有效的方法改善这一趋势。人工上升流这一地球工程方法可以降低空气的二氧化碳含量,提升海洋初级生产力,是理想的解决方法之一。由于缺乏长时间时序观测数据,目前国内外关于人工上升流的海流和温度分布规律及演化机制等科学问题的研究还比较少,这一情况已经严重制约了人工上升流技术的研究与发展。海洋声层析观测技术能够通过用较少的仪器布放于观测区域的外围,对对象海域的内部进行大范围的长期同步观测和监测,且不受航运及渔业活动的限制,能克服传统海洋观测方式对人工上升流观测的局限性,做到观测的连续性、实时性、立体性以及经济性,是用于观测人工上升流的理想方式。本文对沿海声层析技术应用于观测小范围人工上升流的理论以及可行性进行了分析。介绍了声线在水下传播的基本知识,对人工上升流海域的声线传播途径和信号传播损失进行了模拟,提出了提高信号信噪比的方法。随后从理论计算方面详细介绍了人工上升流海域温度场以及流场反演方法,对人工上升流海域的噪声进行了评估,对人工上升流海域的温度场进行了数值模拟。理论上计算了人工上升流海域的测流测温精度要求,并提出了几种提高定位精度方案。针对沿海声层析技术在观测小范围水体过程中的应用特性进行了研究,在以往的声层析实验与应用过程中,通常都是针对大、中尺度海洋现象观测,很少出现小尺度的研究,为了进一步弄清楚在实际观测小范围水体过程中沿海声层析技术具有哪些特别的性质,在浙江大学大型断面实验水槽进行多次小范围观测实验,通过改变待测水体的流速、温度、区域范围等条件总结出系统的工作特性,同时验证了声层析系统对小范围环境条件观测的可行性与稳定性。为检验沿海声层析系统对人工上升流的观测效果并为下一阶段的海域人工上升流观测做准备,在消声水池完成了人工上升流温度层析实验,实验对消声水池有无人工上升流两种状态进行了持续5个小时的观测。沿海声层析观测结果反演得到的温度随时间变化情况和温度链的采集结果基本一致,表明了利用沿海声层析系统观测人工上升流温度的可行性。