下面具体给出直达波、反射波、海面侧面波和海底侧面波的衰减特性。

1）直达波衰减特性

为了便于分析，采用球坐标系分析其分布规律。在球坐标系下，直达波分量表达式如下所示：

通过式（2.61）可知，水下电磁场直达波分量在海水传播过程中存在两部分能量损失，分别是空间扩散衰减及海水导电媒质吸收衰减。直达波由与传播距离r、r2和r3成反比的三项构成，分别对应准稳态场、感应场和辐射场。

当｜k1r｜＜＜1时，即时，则式（2.61）简化为

根据式（2.62）可以看出，当直达波呈现准稳态场特性，电场、磁场与频率无关，Er、Eθ随距离呈三次方衰减，Hφ随距离呈二次方衰减。

当｜k1r｜＞＞1时，即时，则式（2.61）简化为

根据式（2.63）可以看出，当直达波呈现辐射场特性，Eθ、Hφ与距离r成反比；另外由于海水媒质的导电性（波数k1为复数），还存在吸收损失，随距离r呈指数衰减。

直达波衰减特性总结如下：水下电磁场直达波分量在海水中存在吸收损失和扩散损失两部分，当源点和场点距离远小于时，扩散损失项的衰减快于吸收损失，Er、Eθ扩散损失呈三次方衰减规律，Hφ扩散损失呈二次方衰减规律；当源点和场点距离远大于吸收损失所占比重急剧增大，Eθ和Hφ扩散损失呈一次方衰减规律，吸收损失呈现指数衰减规律。

2）反射波衰减特性

电磁场反射波分量是偶极子沿空气-海水和海水-海床界面的镜像源产生，因此其分布规律、衰减特性与直达波基本一致，此处不再赘述。

3）海面侧面波衰减特性

水平时谐电偶极子产生的海面侧面波电场水平径向分量数学表达式为

式中　——海面侧面波径向分量；

k1、k0——海水和空气中的电磁场波数，；

F——索莫菲尔德面波衰减函数；

CR——海底反射系数。

由式（2.64）可知，由于空气波数k0为实数，海面侧面波不存在指数项衰减，只存在三个主要扩散衰减项，分别是三次方衰减项、二次方衰减项和一次方衰减项。其中三次方衰减项为准稳态场的衰减特性，二次方和一次方项则反映了辐射场的衰减特性。

图2.21给出了100 Hz信号频率下水平时谐电偶极子产生的海面侧面波电场径向分量和垂直分量随水平径向距离变化曲线，由图看出侧面波电场垂直分量幅值远小于径向分量，可基本忽略。

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图2.21　水平时谐电偶极子产生的海面侧面波随距离变化曲线（f=100 Hz）

表2.2　给定条件下水平时谐电偶极子产生的海面侧面波三次方衰减项主导区间

表2.3　给定条件下水平时谐电偶极子产生的海面侧面波分量衰减规律统计单位：km

表2.4　给定条件下水平时谐磁偶极子产生的海面侧面波分量衰减规律统计单位：km

总结表2.2～表2.4分析结果，得到海面侧面波分量衰减特性：

（1）水平电偶极子和水平磁偶极子均可以产生海面侧面波，水平电偶极子产生的海面侧面波电场垂直分量相对于水平分量可忽略不计，因此如果针对电磁场开展远距离探测，建议采用水平方式。

（2）水平电偶极子和水平磁偶极子产生的海面侧面波在界面上沿径向方向随距离首先呈三次方衰减，随着距离增大逐渐呈二次方或一次方衰减，不存在吸收衰减；在海水中沿垂直方向随距离呈指数衰减。以水平电偶极子产生的频率为1 Hz的海面侧面波为例，当场点和源点径向距离小于47 760 km时，电磁场沿径向随距离呈三次方衰减，随着距离增大，Eρ、Ez、Bφ主要呈现一次方衰减特性，Eφ、Bρ、Bz则主要呈现二次方衰减特性。

4）海底侧面波衰减特性

海底侧面波传播和衰减特性相对于海面侧面波更为复杂。由于海床存在一定的导电性，因此海底侧面波不仅存在扩散衰减，还存在一定的吸收衰减，并且其衰减率与海床电导率参数息息相关。图2.22、图2.23通过数值仿真，分别给出频率为1 Hz的水平电偶极子和水平磁偶极子在沉积物、破碎玄武岩及玄武岩三种典型海底底质条件下的海底侧面波传播和衰减特性。其中沉积岩电导率为1 S／m，破碎玄武岩电导率为0.1 S／m，玄武岩电导率为0.01 S／m。

图2.22　水平电偶极子产生的海底侧面波Eρ沿径向随距离变化曲线

图2.23　水平磁偶极子产生的海底侧面波Eρ沿径向随距离变化曲线

通过分析表2.5、表2.6，得到海底侧面波的传播和衰减特性如下：

表2.5　水平电偶极子产生的海底侧面波分量衰减规律（海床电导率1 S／m）单位：km

表2.6　水平电偶极子产生的海底侧面波分量衰减规律（海床电导率0.01 S／m）单位：km

与海面侧面波类似，海底侧面波同样呈现沿水平径向随距离首先三次方衰减，然后二次方或一次方衰减的基本特性。与海面侧面波不同的是，海底侧面波三次方、二次方及一次方衰减项各自距离区间与水下电磁场信号频率平方根呈反比，与海底电导率呈负相关。