基于地震海洋学海水混合参数估计与研究.pdfVIP

·920· 中国地球物理2011 Q6 海洋地球物理学 基于地震海洋学的海水混合参数估计研究 of SeawaterParameters StudyingEstimatingMixing withSeismic oceanography 董崇志1 宋海斌2黄兴辉2拜阳2 Haibin DongChongzhiSong HuangXinghuiBaiYang 1．国家海洋局第二海洋研究所 国家海洋局海底科学重点实验室 杭州310012； 2．中国科学院地质与地球物理研究所 油气资源研究重点实验室 北京100029 湍流混合是海洋中普遍存在的小尺度动力学过程，对海水温度、盐度、密度分布、大洋热盐环流以及 全球气候变化起着重要的作用。该方面研究引起了广大物理海洋学家的极大兴趣和高度关注，在理论、数 值模拟和外海实验等研究方面取得了大量成果，但海洋现场观测的高难度和高成本仍是阻碍其研究的主要 障碍。近年来诞生的地震海洋学为研究海洋中、小尺度过程以及他们之间的关系提供了新的可视化方法， 有望为湍流混合研究提供海量的高水平分辨率观测数据。南海东北部海域是南海海水与太平洋海水的交汇 区域，不仅广泛发育着海洋内波和湍流混合等海洋学现象，为地震海洋学研究提供了良好的天然场所。因 此，以南海东北部为重点研究区域，开展基于地震海洋学方法的湍流混合研究，建立地震剖面与湍流耗散 率和湍流混合率之间的定量关系，推进这门新兴学科在研究中小尺度海洋学现象的作用，是十分重要的。 揭示了海洋锋面处的温盐细结构，该方法被称为“地震海洋学方法”。与常规海洋学观测技术相比 如抛 平分辨率较高 可达几米 ，是前者的几百到几千倍，并且能够在短时间内对整个海洋深度的几百千米长 的温盐结构进行成像。自诞生以来，地震海洋学得到了多个国家和地区的地球物理或物理海洋学家的重视。 目前为止已经获得大量不同海洋环境的温盐细结构地震图像，包括海洋锋、水团边界、中尺度涡旋、温盐 阶梯等。与此同时，地震海洋学在估算海洋内波谱、湍流混合率等定量研究方面也取得了初步进展。Sheen 和湍流模型谱与水平波数谱进行拟合，获得了湍流混合率的2D分布。该项工作展现了地震海洋学的在研 究海水细结构特征中的巨大前景，但存在诸多方面亟待深入研究，包括缺少标准的地震数据处理流程、未 校正相对运动引起的水平波数谱畸变、水平波数拟合区间的定量选取依据等。 针对上述问题，本文在南海东北部内波谱研究的基础上，通过分析地震处理方法及参数选取对海水地 震剖面细结构的影响，建立合理的地震数据处理标准流程，获得南海东北部约460千米的海水地震偏移剖 面；结合内波的频散关系和研究区域的海流历史观测资料，提出和建立适用于浅海海域的内波能级、湍流 耗散率和湍流混合率的地震海洋学估算方法：结合该海域的海洋学历史观测资料对估算结果进行分析，探 讨内波和湍流混合与不同海底地形和中尺度涡旋之间的关系。选取南海东北部作为研究区域缘于该海域具 有复杂的海底地形 陆架、陆坡、海盆、海脊、海槽等 和丰富的中尺度海洋学现象，为通过地震海洋学 方法研究内波和湍流混合与海底地形和中尺度涡旋之间的关系提供了良好条件。 开展基于地震海洋学的南海东北部湍流混合的研究，就有可能通过“解剖一个麻雀”，揭示地震剖面与 湍流耗散率和湍流混合率之间的定量关系，推进地震海洋学在定量研究中、小尺度海洋学现象中的作用， 将为研究海洋能量传递过程和混合过程参数化提供可靠的海量数据，对海洋模式及气候变化具有重要研究 意义。对海洋生态环境、潜艇航行、海洋工程等也具有重要的实用价值。 参考文献 W S，FerI．Oceaninternalwave inferredfromseismicreflection 【3】Holbrook spectra 5 ： L15604．