11月25日，《Journal of Geophysical Research – Oceans》以“Distribution and Characteristics of the Subsurface Eddies in the Aleutian Basin, Bering Sea”为题发表了海洋地质国家重点实验室地震海洋学团队博士后张锟与合作者的研究成果。该研究基于同步观测的反射地震、船载ADCP、XBT/XCTD等多种数据，在白令海阿留申海盆区发现了丰富的次表层涡旋，对其三维空间展布与复杂结构特征开展了详细研究，并探了次表层涡旋对白令海次表层水团输运的影响。
广袤的海洋中发育有大量涡旋，其中次表层涡旋是指温度、盐度或者流速核心位于密跃层内或密跃层下方的一种涡旋。前人观测表明，这些次表层涡旋可以远距离输送海洋内部的热量、盐分和营养物质 (可达上千公里)，对海洋次表层的物质输运和能量传递具有重要作用，进而强烈影响海洋环流、气候和生物活动。白令海位于亚北极地区，对北冰洋具有显著影响，同时也是全球生产力最高的海域之一。然而，次表层涡旋常常缺乏明显的海表特征，限制了卫星遥感探测的效果。特别是在高纬度海域，由于Rossby变形半径较小、海冰情况复杂，更增加了观测次表层涡旋的难度。目前对白令海次表层涡旋的了解仍然非常有限，大大制约了科学地认知白令海次表层的海洋动力和生物地球化学过程特征，及其对北冰洋的影响。
2011年8月在白令海开展的MGL1111航次同步采集了大量的多道反射地震、船载ADCP和XBT/XCTD数据(图1)，为研究这一海域的海洋中小尺度过程提供了绝佳的机会。结合Argo、历史CTD和全球海洋再分析数据，该研究聚焦白令海中部阿留申盆地次表层涡旋开展了综合调查，建立了当地涡旋的分布、性质、结构特征、三维展布的清晰认识，并探讨了这些次表层涡旋的成因机制、传播动力及区域物质输运效应。
图1 白令海阿留申海盆位置及本研究用到的同步观测数据(XBT/XCTD, Argo, 多道反射地震和船载ADCP流速等数据)
该研究发现，阿留申海盆内的次表层水体分为较冷的Dichothermal层和较暖的Mesothermal层(图2a)，发育有大量的次表层涡旋(图3a)。这些次表层涡旋在水文断面上表现为低温或高温的凸透镜状结构，在地震断面上表现为核心振幅较弱、边缘振幅较强的凸透镜状结构，边缘处较强的振幅对应于较强的垂向温度变化(图2)。结合同步流速数据，该研究提出，阿留申海盆区的次表层涡旋以Dichothermal层冷核的反气旋性涡旋为主(图3b)。结合再分析数据，该研究还分析了涡旋的演化、运移和输运，推测白令海的两类次表层涡旋具有模态水潜沉、水流-地形相互作用两种不同的成因，在形成后主要向西和向极运动（总运输量约2.17 Sv），对白令海次表层水团的再分布和生物活动具有重要的影响。
图2 同步采集的温度断面(a)、地震断面(b)和垂向温度梯度剖面(c)所探测到的次表层涡旋及其结构特征
图3 地震海洋学高分辨率图像从三维视角显示的广泛发育的白令海次表层涡旋(a)、平面展布特征(b)和形态参数统计图(c)
基于地震海洋学的高分辨率的图像，该研究在13条地震测线上共统计发现44个次表层涡旋，其核心平均深度约179 m，平均半径约11.62 km，平均厚度约134 m，大部分属于亚中尺度涡旋(图3c)。这些结果表明，白令海中部海域次表层涡旋非常盛行，填补了前有研究的空白，建议今后在白令海及相关高纬度海域开展地震海洋学与其他水文观测同步的高分辨率长期观测，以更准确地评估次表层涡旋活动性及其对物质输运和生物地化过程的影响。
论文第一作者为我室博士后张锟，通讯作者为我室宋海斌教授，合作者包括我室地震海洋学团队在读博士生孟令寒和杨顺。该研究受国家自然科学基金（42306063, 42176061）和上海市超级博士后(2022591)项目资助。同时该研究致谢MGL1111航次首席科学家Ginger Barth博士，联合首席科学家Warren Wood博士及航次所有工作人员。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2024JC021402