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海洋水層界面的精細結構與時變特征研究獲進展

2020-01-03 南海海洋研究所
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  2019年1014日,中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室研究員唐群署聯合英國三所高校的研究人員,在海洋水層界面的精細結構與時變特征上取得新發現,并以Detecting changes at the leading edge of an interface between oceanic water layers 為題在線發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。

  海洋水團邊界處伴隨著較為劇烈的相互作用,表現為多樣化的運動學與動力學過程。水團內部的層結在前緣交鋒處達到一種動態的平衡:因層化而形成,或因湍流而破壞。由于傳統海洋觀測在空間分辨能力上的不足,加之水團交界處往往比較狹窄,不易獲知水團交鋒處的精細結構和時變特征。因此,若能觀測此類邊界處水體層結的精細結構,則有望揭示水團在前緣交鋒處的混合機制。

  針對上述問題,研究人員利用高分辨率的(~10米)海洋人工反射地震觀測技術,在赤道附近巴拿馬海盆的溫躍層底部探測到一個水層界面。該研究通過兩張同一位置、前后相差約3天的反射地震圖像,發現了一個位于560米深、空間連續長達上百公里的水體反射界面(圖1),該界面正以4厘米/秒左右的速度生長而變長(圖2),并以每3天約0.05℃的速度變得更加成熟。研究人員認為該界面前緣變長/變強的過程對應著該處的湍流擴散正在被雙擴散逐步取代的臨界過程,即界面的生長機制,從而揭示了該界面所處的海洋環境和經歷的海洋過程。

  利用走航式反射地震研究海洋水體的結構與動力過程是近10多年逐步發展的新生交叉學科,契合海洋高效率、高分辨的觀測發展趨勢。該研究得益于地震方法的快速作業能力,開展海洋現象的時變特征研究;得益于地震方法高分辨的連續觀測特性,追蹤識別出橫向微弱的“水團”邊界。該研究實例采用的反射地震的作業方式和研究方法極易推廣,同樣適用對溫鹽階梯、熱鹽入侵界面的觀測,亦適用各類海洋強鋒面處的細結構研究。

  該項成果第一兼通訊作者是唐群署,文章其他作者分別是倫敦大學學院(UCLVincent Tong、杜倫大學(Durham UniversityRichard Hobbs、紐卡斯爾大學(Newcastle UniversityMiguel Morales Maqueda。其中唐群署的研究工作得到中科院青年創新促進會的支持。

  論文鏈接

1:相同地點、前后兩次觀測到位于560m水深處的同一反射界面

2:反射界面在扣除背景流速(a)(b)后的運動和生長情況

打印 責任編輯:葉瑞優

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