利用反射地震研究南海东北部内孤立波

Seismic Oceanography (SO) is a novel observation method for studying finescale structures and dynamics of the oceans. In 2012, we successfully conducted a joint oceanographic and seismic experiment in the NE South China Sea for the first time in China. Preliminary processing results show that two isolated packets of large amplitude nonlinear internal waves (internal solitary waves, ISWs) were captured along the seismic transect. Aimed at the highly concerned subject of ISWs in the NE South China Sea, this proposal is designed to study the ISWs using the SO method based on the joint oceanographic and seismic datasets. We will be committed to (1) obtaining the high-quality seismic images of oceanic thermohaline structure and showing the finescale spatial feature of the ISWs; (2) measuring the various parameters of the ISWs quantitatively from the seismic data, such as amplitudes, wavelengths, horizontal propagation velocities, and vertical velocities; (3) estimating the ISWs' propagation speeds from other two conventional methods of remote sensing and hydrographic surveying, and checking the consistency among these three independent results; (4) investigating the propagation models, influence factors, and mixing processes of the ISWs. It is the first time to study the ISWs using the SO method that has never been reported. Therefore, this work will be a new case study of the SO method. And it will also introduce a new and effective method for the ISWs' observation.

地震海洋学是探测海洋内部结构与动力过程的新方法。 2012年申请者在南海东北部成功采集了国内首批物理海洋-反射地震联合观测资料。初步处理结果表明，本次观测试验捕获了两个孤立的大振幅非线性波动（内孤立波）。本申请基于该联合观测资料，针对南海东北部内孤立波这一热点研究对象，拟开展内孤立波的地震海洋学研究。该研究将运用叠前偏移地震成像方法，获取反映研究区水体温盐结构的高分辨率地震图像；从地震数据定量提取振幅、波宽、水平传播速度、垂向速度等内孤立波特征参数；结合传统卫星遥感和现场水文资料获得的内孤立波传播速度，进行三种独立观测结果间的一致性对比；探讨研究区内孤立波的传播模式、受影响因素、所致混合等相关内容。利用地震海洋学研究内孤立波在国内外尚属首次，本研究将为丰富地震海洋学探测对象提供新的研究实例，也为内孤立波这一热点研究对象提供全新的观测方法。

本项目针对南海东北部内孤立波，开展利用反射地震的方法的观测和研究。在基于2012年国内首次地震海洋学的联合观测的基础上，为了验证地震学方法研究内孤立波的可重复性，在国家基金委共享航次与本项目的资助下，研究团队搭载实验2号科考船，于2014年开展了国内第二次反射地震-物理海洋学联合观测实验，采集了一批含有内孤立波波场的地震数据。..本航次观测再次捕捉到了更多的内孤立波事件。这些内孤立以规模更大的排列和有序的波列形式出现。同样运用之前提出的3S（Seismic, Satellite, and in Situ）观测和研究方案，获得了内孤立波波列的多种参数，包括波形、传播速度及垂直质点速度等。理论预测结果表明KdV模式比eKdV模式更符合观测结果。该研究成果迅速被JGR接收。..为了深入挖掘地震信息，发展了一个基于贝叶斯统计理论的反演方法，反演内孤立波波场的温盐结构。在地震资料与水文资料的共同约束下，该方法采用蒙特卡洛-马尔科夫链（MCMC）算法，直接获取模型空间的解分布。其最大的优势在于能够直接给出反演模型任意位置的不确定度。对该方法进行了理论和实际数据的双重验证，且与传统的线性反演结果是高度一致的。反演所得温盐结构为进一步开展内波混合动力过程提供了直接的物性参数。.通过本项目的研究，再次证实了地震方法在观测海洋精细结构方面的能力和优势，可以对研究对象获得新的认识并获得重要的研究成果，表明地震海洋学在海洋中小尺度研究中极具应用前景,为今后物理海洋学研究提供一种独立的观测方案和研究视角。同时表明，除了地震学方法研究内孤立波方法有待发展之外，更具挑战的是对新观测到的内孤立波现象的研究和解释。