高分辨率反射地震揭示復(fù)雜地形所致水體混合增強(qiáng)與機(jī)制
中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員唐群署等人，利用高分辨率反射地震資料對(duì)馬里亞納海脊處水體精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像分析，在復(fù)雜海底地形所致的跨等密度面混合增強(qiáng)及機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果近日在線發(fā)表在《物理海洋學(xué)雜志》Journal of Physical Oceanography（JPO）上。
定量揭示海洋內(nèi)部能量串級(jí)與耗散是推動(dòng)海洋精細(xì)化預(yù)報(bào)模式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，服務(wù)國家需求的前沿科學(xué)難題。隨著海洋觀測技術(shù)的發(fā)展，人們開始日益關(guān)注中尺度以下（小于~100千米）的海洋變化與動(dòng)力過程、多尺度相互作用、環(huán)境與生態(tài)效應(yīng)等重要科學(xué)問題。海洋中循環(huán)往復(fù)的潮汐等內(nèi)波運(yùn)動(dòng)，賦予了海水永不止息的“生命”，是驅(qū)動(dòng)海洋混合、維持大洋徑向翻轉(zhuǎn)流的重要能量來源。開闊大洋中海脊、海山、海島等復(fù)雜地形是海洋能量重要的“匯”，在海洋內(nèi)部扮演著攪拌器的作用，使得能量從內(nèi)波尺度（~100千米）經(jīng)過亞中尺度（~10千米）往湍流尺度（~100米）轉(zhuǎn)移，最終通過跨等密度面混合得以耗散。
該研究利用高分辨率（10米量級(jí)）的海洋人工反射地震技術(shù)，獲得了馬里亞納海脊海洋主躍層以下（300-1200米）的精細(xì)結(jié)構(gòu)，并利用能量波數(shù)譜分析方法，提取并分析了研究海域近瞬態(tài)的擴(kuò)散系數(shù)（圖1）等關(guān)鍵參數(shù)。擴(kuò)散系數(shù)Kr在海脊附近明顯增強(qiáng)，普遍高于10-3 m2/s，隨后在離海脊約60千米范圍內(nèi)逐漸降至10-4-10-5 m2/s。并據(jù)此建立了擴(kuò)散系數(shù)隨地形變化的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停@示了復(fù)雜地形與擴(kuò)散系數(shù)的強(qiáng)相關(guān)性（圖2）。并從觀測角度揭示了復(fù)雜地形影響下內(nèi)波能量的正向串級(jí)與耗散機(jī)制。該研究首次對(duì)比表明地震觀測與物理海洋學(xué)計(jì)算分析兩種獨(dú)立方法獲得的結(jié)果高度一致，進(jìn)一步證實(shí)了利用反射地震觀測研究海洋中小尺度過程及水體混合的可行性與有效性。
利用走航式反射地震方法研究海洋精細(xì)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力過程是近十多年逐步發(fā)展的新生交叉學(xué)科，契合海洋觀測快速協(xié)同和高分辨的發(fā)展趨勢。該研究實(shí)例采用的反射地震作業(yè)方式和研究方法極易推廣，適用各種海區(qū)及多種海洋現(xiàn)象的精細(xì)結(jié)構(gòu)與所致混合研究。
研究由中科院南海海洋所和浙江大學(xué)科研人員合作完成。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院“青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員”、中科院南海所“南海新星”等項(xiàng)目資助。
相關(guān)論文信息：https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-20-0120.1/JPO-D-20-0120.1.xml
圖1：跨越馬里亞納海脊處的擴(kuò)散系數(shù)剖面，靠近海脊處的擴(kuò)散顯著增強(qiáng)
圖2：擴(kuò)散系數(shù)隨離地形距離的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停海?span lang="EN-US">a）水平向變化，（b）垂向變化
