揭示海水层温盐结构的反射地震反演研究

全球环境变化问题受到联合国、各国政府和科学家的极大关注。海洋变化则是全球环境变化的重要组成部分。2006年欧盟组织6国科学家启动了"地球物理海洋学"大型研究项目，表明地球物理方法可望成为全球海洋变化与物理海洋学研究中的重要手段之一。本申请拟建立用于海水层温盐结构研究的反射地震方法，发展全波形反演方法并应用于海水层温、盐参数的提取；在海水层地震反射性质研究基础上，构建反射地震学与物理海洋学的桥梁，在典型研究区大量实际数据处理、反演分析基础上，揭示温盐细结构的特征。本申请对拓展海洋地球物理学、反射地震学的研究领域，发展地震海洋学具有重要的科学意义，对海洋科学、地球系统科学也可能提供重要的新学科支撑；对我国进行海洋开发活动，具有重要的现实意义。

地震海洋学是一门新兴交叉学科方向。利用地震数据反演海水的温盐分布是地震海洋学研究的一个重要方向。建立了海水层温盐结构、密度结构的反演方法，应用于实际的反射地震与XBT联合调查数据，获得了高横向分辨率的温度、盐度和密度二维结构，揭示了地中海涡旋的垂向结构与物理特性。温度、盐度和密度的反演均方差分别为0.16℃、0.04psu和0.05kg/m3，横向分辨率为6.25m。利用地震海洋学新的反演结果，对地中海涡旋的温度、密度、声速以及波阻抗等物理性质进行了详细的分析与讨论，特别对地中海涡旋的一些细结构、混合过程进行了相关描述．研究分析取得以下认识：（1）涡旋具有涡旋核心水与涡旋混合水双层结构，这种结构特征可以在温度图、声速图和波阻抗图中识别出来；（2）涡旋核心水并不是均匀的稳定结构，内部有微弱的混合作用；（3）在涡旋上部以及周围边缘区域，海水的混合比较复杂；在涡旋下部边缘区域，除了有小尺度的盐指混合，内波也是非常重要的动力混合作用；（4）海水密度在涡旋核心水的分布比较稳定，成层性较强，在混合水区域由于不同的混合作用及其强烈程度不同，会发生波动甚至反转；（5）涡旋本身并不是一个严格对称的结构．由于常规的物理海洋调查很难获得高横向分辨率的温度、盐度数据，更没有可靠的二维密度数据，因此我们建立的海水层温盐密反演方法对揭示海洋内部结构与过程具有重要的应用价值。此外，我们还建立了沿断面海水反射层运动速度与垂直断面的地转流速的估算方法，应用于实际数据，取得了良好的效果。至此，我们建立了一系列地震海洋学定量方法，为进一步开展地震海洋学应用研究奠定了重要的基础。我们的地震海洋学的研究发现，海洋涡旋具有旋臂，旋臂有利于混合作用的发生，这对揭示海洋中涡旋与混合这一重要科学问题具有重要意义。南海东北部内波位移场的EEMD分解表明，该区域的内波在不同深度具有不同的特征波长，波长约1.25km的内波在200～1050ｍ 的深度范围内上、下各层的波动基本耦合，波长6.5km的内波在200-800m深度范围内可分成两部分，相位差约90°，分界面深度650m，指示这一尺度内波能量的斜向传播．本项目的这些研究工作推动了地震海洋学的长足进展。

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