唐群暑 等-JPO：高分辨率反射地震揭示复杂地形所致水体混合增强与机制

中国科学院南海海洋研究所唐群署（边缘海与大洋地质重点实验室）等人，利用高分辨率反射地震资料对马里亚纳海脊处水体精细结构进行成像分析，在复杂海底地形所致的跨等密度面混合增强及机制研究方面取得新进展，相关成果于2021年3月30日在线发表在《物理海洋学杂志》Journal of Physical Oceanography（JPO）上。
定量揭示海洋内部能量串级与耗散是推动海洋精细化预报模式发展，实现海洋环境准确预报，服务国家需求的前沿科学难题。随着海洋观测技术的发展，人们开始日益关注中尺度以下（小于~100千米）的海洋变化与动力过程、多尺度相互作用、环境与生态效应等重要科学问题。海洋中循环往复的潮汐等内波运动，赋予了海水永不止息的“生命”，是驱动海洋混合、维持大洋径向翻转流的重要能量来源。开阔大洋中海脊、海山、海岛等复杂地形是海洋能量重要的“汇”，在海洋内部扮演着搅拌器的作用，使得能量从内波尺度（~100千米）经过亚中尺度（~10千米）往湍流尺度（~100米）转移，最终通过跨等密度面混合得以耗散。
该研究利用高分辨率（10米量级）的海洋人工反射地震技术，获得了马里亚纳海脊海洋主跃层以下（300-1200米）的精细结构，并利用能量波数谱分析方法，提取并分析了研究海域近瞬态的扩散系数（图1）等关键参数。扩散系数Kr在海脊附近明显增强，普遍高于10-3 m2/s，随后在离海脊约60千米范围内逐渐降至10-4-10-5 m2/s。并据此建立了扩散系数随地形变化的经验模型，显示了复杂地形与扩散系数的强相关性（图2）。并从观测角度揭示了复杂地形影响下内波能量的正向串级与耗散机制。该研究首次对比表明地震观测与物理海洋学计算分析两种独立方法获得的结果高度一致，进一步证实了利用反射地震观测研究海洋中小尺度过程及水体混合的可行性与有效性。
利用走航式反射地震方法研究海洋精细结构与动力过程是近十多年逐步发展的新生交叉学科，契合海洋观测快速协同和高分辨的发展趋势。该研究实例采用的反射地震作业方式和研究方法极易推广，适用各种海区及多种海洋现象的精细结构与所致混合研究。
研究由中科院南海海洋所和浙江大学科研人员合作完成。研究工作得到了国家自然科学基金、中科院“青年创新促进会优秀会员”、中科院南海所“南海新星”等项目资助。

5 U! }+ L0 s- o1 W7 h- e& z% \  d" C8 u  R                               
登录/注册后可看大图

0 l7 S2 Z2 M$ L. }) h  B

图1：跨越马里亚纳海脊处的扩散系数剖面，靠近海脊处的扩散显著增强

& X9 v4 Z/ R8 [( [! J& T( B

/ |4 P& o  F, m4 `$ F8 _& m                               
登录/注册后可看大图

) p7 u2 m7 k& S& Z) t5 x

图2：扩散系数随离地形距离的经验模型：（a）水平向变化，（b）垂向变化

  m' F6 c2 Q: R$ p' x1 C

全文链接：www.52ocean.cn