加利福尼亚海湾及其邻近海域亚中尺度现象的地震海洋学研究

梁智超， 宋海斌， 范文豪， 杨顺

海洋地质国家重点实验室， 同济大学海洋与地球科学学院， 上海 200092

0 引言

海洋中尺度过程主要以中尺度涡旋的形式存在，空间尺度超过了100 km，携带了海洋中绝大部分的能量.同时，人们对小尺度的湍流过程也进行了大量的研究工作，认识了其在海洋混合和能量耗散中发挥的作用(Thomas et al., 2008).然而，时间与空间尺度介于二者之间的亚中尺度过程却较少关注.

近年来，一些学者对海洋亚中尺度过程进行了研究.最早使用“亚中尺度(Submesoscale)”一词定义海洋亚中尺度涡的是McWilliams(1985)，他描述了介于中尺度涡和小尺度湍流之间的海洋现象.这种海洋现象的水平尺度为几十米到10 km，垂向尺度为十到几百米，时间尺度为几小时到几天.而后D′Asaro(1988)在他的研究中用这个术语解释了阿拉斯加北部海域观测到的涡旋.Capet等(2008a)利用高分辨网格模拟了加利福尼亚海流的亚中尺度现象，其水平尺度约为O(10 km)，小于第一斜压变形半径；垂直尺度为O(10 m)，薄于主要密度跃层；时间尺度为O(1天)，与之前研究中观测的亚中尺度特征水平平流时间具有一致性.亚中尺度过程对海洋中的物质传递，生化作用等过程都具有重要影响.Capet等(2008b)利用数值模拟研究了阿根廷陆架的亚中尺度过程，指出了亚中尺度过程在上层海洋中广泛分布.Mahadevan等(2006)研究了亚中尺度过程的广泛分布，对于海水CO2吸收，营养物质供应，浮游植物生产力变化以及生物地球化学作用发挥的作用.Lapeyre和Klein(2006)研究了亚中尺度过程对混合层发育和上层海洋热异常的影响.McGillicuddy等(2007)指出中尺度涡不足以使全球的营养盐运输达到平衡，而是由在中尺度涡边缘发现的具有强垂向流速的亚中尺度现象为上层海洋的营养物质提供补给.作为介于中间的时空尺度，亚中尺度过程承担了连接中尺度和小尺度的桥梁作用.Ferrari和Wunsch(2009)指出上层海洋亚中尺度过程通过湍流动能级串和能量耗散确定上层海洋的平衡状态.Gula等(2016)研究了地形产生的亚中尺度不稳定性和能量耗散，认为地形产生的亚中尺度流对地转流能量耗散提供了新的重要路径.Sasaki等(2017)研究了副极地的亚中尺度过程，认为存在亚中尺度向中尺度的逆向能量级串，即亚中尺度效应增强了中尺度涡，使得中尺度涡的耗散减少了.亚中尺度过程具有季节性的周期特征，Mensa等(2013)利用混合坐标海洋模型(HYCOM)研究了湾流区的亚中尺度现象，指出亚中尺度过程具有季节性特征.Qiu等(2014)利用高分辨率模型和卫星高度计研究了北太平洋副热带环流的中尺度和亚中尺度涡旋，指出其中的季节性变化.Callies等(2015)提出了海表混合层亚中尺度流正经历季节性循环的观测证据.

对亚中尺度过程的研究虽然有所发展，但与其他更为常见的洋流类型相比其研究进展仍然较慢，这其中很大程度上是由于观测的困难.亚中尺度过程的空间和时间尺度介于小尺度采样使用的船舶、浮标、浮子和大尺度采样使用的卫星传感器之间，两种观测手段都难以很好地观测亚中尺度过程；亚中尺度过程的时间尺度小，它生成、传播与消亡的过程难以被有效捕捉；人们尚未揭示亚中尺度过程的生成规律，难以知晓它的生成源从而开展现场断面的观测；亚中尺度过程的垂向速度数量级小，现有仪器的测量精度难以满足(冀承振等，2017).因此，找到好的方法去克服这些困难，观测和分析亚中尺度过程是非常具有研究意义的.

地震海洋学可以作为一个较好的高分辨率探测手段，可以去帮助我们研究亚中尺度过程.由于海水中各处的温盐性质不同，故而速度和密度存在垂向变化，水体波阻抗也会发生垂向变化，所以地震波在水体内也会如同在地层反射一般并呈现在地震剖面上.地震海洋方法可以对全深度、大部分的海水层进行细结构的成像，数据的横向采样较密集.

很多学者利用地震海洋学方法对涡旋、锋面等海洋动力过程进行了研究，虽然尺度有所差异，但这对于研究亚中尺度过程是有参考价值的.Biescas 等(2008)首先使用地震海洋学方法研究了海洋涡旋，揭示了地中海涡旋的精细结构.Pinheiro 等(2010)研究了地中海涡旋和潜流，使用地震剖面结合声浮子、SLA(海表高度异常)、SST(海表温度)资料研究了温盐细结构复杂的横向变化.Song等(2011)首次发现地中海涡旋旋臂并研究了涡旋的混合动力机制，提出涡旋核心的混合弱而涡旋边界及锋区的混合强.Papenberg等(2010)、黄兴辉等(2011)、Biescas等(2014)分别用不同方法从反射地震剖面反演了地中海涡旋的温度、盐度和位势密度，加深了人们对地中海涡旋的认识.Tang等(2014)结合地震、卫星和原位水文数据研究了阿拉斯加湾的涡旋，通过两条地震剖面刻画了同一涡旋的垂直结构和运动轨迹，并对该涡旋具有的旋臂结构进行了研究.Tang等(2020)在阿拉斯加湾的地震剖面上发现了一个气旋性涡旋和一个反气旋涡旋，对其不对称性的垂直结构进行了讨论，并探讨了其斜率谱特征和扩散率.Gunn等(2020)通过三维地震数据研究南大西洋巴西暖流和马尔维纳斯海流交汇的海洋锋面，揭示了锋面垂直结构和锋面周围的透镜状反射体的时间演化，并反演了温度、盐度、位势密度等物理参数，与不同水团进行了很好的匹配.

地震海洋学对中尺度涡的研究已较为广泛，但对于亚中尺度过程如亚中尺度涡的研究仍然是较少和初步的.很多亚中尺度结构还未被进行高分辨率反射地震成像，因此有必要对其进行研究和分析.本文利用加利福尼亚湾EW0210航次的多个剖面的多道地震数据捕捉到数个亚中尺度结构，包括海洋锋面、涡丝和亚中尺度涡，结合物理海洋数据对其反射结构进行了分析，探讨了其反射结构.

1 研究区域背景

研究区域主要位于墨西哥西北部和下加利福尼亚半岛之间的加利福尼亚湾(图1)，呈西北—东南走向，北窄南宽形似喇叭状.长约1200 km，宽度为90～210 km，面积约16万km2.其呈狭长海湾状，太平洋在这里深入北美大陆，海湾被两大岛间的地峡分成两部分，北部水浅，南部水深在2500 m以上，地峡处海潮非常汹涌.

图1 地震测线位置分布图(其中测线03与04位置基本重合)，红点是测线的起点方向Fig.1 Location of seismic line (the positions of line 03 and 04 basically coincide). The red point is the starting direction of the line

加利福尼亚湾的季节性环流非常强烈，可以描述为两个涡度符号相反的主要阶段，以及两者之间的过渡阶段(Lavín and Marinone，2003).由前人的CTD和锚系观测，以及数值模拟结果可知，在6—9月(4个月)呈现垂直分层强烈的气旋性环流，流速平均约为0.35 m·s-1，在11—4月(6个月)呈现分层较弱的反气旋性环流，流速约为平均0.35 m·s-1，两种状态之间存在一个过渡阶段，需要大约三周的时间(Palacios-Hernández et al.，2002).受季节性环流驱动，加利福尼亚湾广泛发育大量不同尺度的涡，包括中尺度涡和亚中尺度涡，而且中尺度涡可以通过能量级联激发亚中尺度过程.

2 数据来源及处理

本文使用的地震数据来自2002年在加利福尼亚湾海域采集的多道反射地震数据(测线位置见表1及图1).该地震数据由R/V Maurice Ewing号考察船在2002年的第259日至303日期间采集.原始多道地震数据包括39条测线.震源使用压力2000 psi的气枪震源，距离测量的拖缆55.3 m.本文使用的测线L04，L16的炮间距为50 m；测线L03, L14-003的炮间距为150 m.拖缆长度6000 m，每炮用480个水听器接收，靠近船的是第480道，道间距12.5 m.采集系统使用SYNTRAK 480，时间采样间隔4 ms，采样时长16.384 s.

表1 测线位置及采集日期(UTC，2002年)Table 1 Location of survey line and acquisition date (UTC, 2002)

地震海洋学的数据处理类似于常规反射地震处理方法.由于地震海洋学研究对象是海水，与地层相比海水反射能量较弱且信噪比较低，故在噪声的压制方面有差别.与陆地采集地震数据不同，海上地震采集存在涌浪噪声为主的低频干扰，需要去除低频噪声.本文所使用的地震数据已经经过了常规处理流程包括：(1)观测系统定义；(2)去除低频干扰；(3)直达波压制；(4)CMP道集抽取；(5)速度分析；(6)动校正；(7)CMP水平叠加；(8)叠后去噪等步骤.

本文使用了来自于欧盟哥白尼海洋环境监测中心(Copernicus Marine Environment Monitoring Service，CMEMS)的实时海洋监测数据与物理海洋学再分析数据来与地震数据形成对照.该再分析数据由CTD、XBT、ADCP、Argo、Glider、Mooring、遥感等观测资料结合物理海洋学数值模拟进行一系列处理与整合后获得.使用位温、流速和海表高度等日平均数据，水平分辨率为1/12° × 1/12°，垂向深度最大达到5000 m.使用了2002-09-19—2002-10-28期间， 20—34°N， 104—118°W海域的数据.

3 理论与方法

3.1 物理海洋学参数

3.2 地震水平斜率谱与谱能量计算

4 结果与讨论

4.1 亚中尺度过程结构分析

测线L03西侧水深较深，东侧水深很浅.在2002年9月19日50 m水深的水平水文参数分布图上可以观察到，测线整体切过西北至东南大型涡列尾端甩出的涡丝(图2).水体上层的反射同相轴有起伏，这是由于该测线切过冷涡丝，涡丝的温度低于周围海水温度，故反射轴上凸(图3).

图2 2002年9月19日加利福尼亚湾的50 m水深的(a)温度场，(b)水平流速场(海表面高度)，(c)Rossby数与(d)OW参数，黑线为测线L03位置Fig.2 Temperature (a), horizontal velocity (SSH) (b), Rossby number and (d)OW parameter at 50 m depth in the Gulf of California on September 19, 2002. The black line is the position of line L03

图3 (a)测线L03的地震剖面，空白区域为被切除的海底地震反射；(b)为(a)中涡丝区域放大图，黑色粗线勾勒了同相轴结构；(c)测线L03位置的Rossby数断面图Fig.3 (a) Seismic profile of line L03. The blank is the excised submarine seismic reflection；(b) is an enlarged view of the central eddy filament region in (a), and the black thick line outlines the in-phase axis structure (c) Vertical profile of Rossby number at line L03

图4b展示了理论的涡丝结构，由一对偶极子次级环流构成.中间是高密度的下沉流，两侧是低密度的向中心幅聚的相向流，两侧相向流分别与中心下沉流产生一组次级环流.整体密度结构呈人字形分布，且存在多个相向倾斜的密度锋(McWilliams, 2016).而在地震剖面L03左上角观察到的反射体形态符合理论的涡丝结构，应是涡列尾端的涡丝.反射体形状呈人字形，反射同相轴上翘且强度大于周围的水体(图3b).两侧水团内部反射强度略弱于边界，反射同相轴方向大体平行于水团边界.整个现象大致分布在100 m到400 m水深范围内，水平尺度约30 km.可以识别到两组相对的倾斜反射体，组内呈叠瓦状分布，单个的反射体水平尺度在10 km左右.Chelton等(1998)计算的加利福尼亚湾出口处的第一斜压Rossby半径约为40 km，故我们观察到的现象属于亚中尺度过程.推测它们正是构成涡丝结构的密度锋，每组锋面内部均平行并被弱反射段分隔开.可能的锋面过程包括内波的破碎、交错和湍流的搅动.这些结构表明，涡丝内部并不是一个明确的边界，而是呈现一个复杂而宽广的锋面区(Tang et al.，2020).Rossby数断面图可以作为参考(图3c)，在垂向断面图上Rossby数的正负发生了连续翻转，呈现出类似叠瓦状的分布，与前述的地震反射结构具有较好的空间一致性.测线L04与L03位置相同，航向相反，时间延后一天，也呈现了类似的涡丝结构和空间尺度(图5).

图4 (a)锋面内部结构示意图；(b)涡丝内部结构示意图(改自McWilliams，2016)Fig.4 (a) Schematic diagram of internal structure of fronts; (b) Schematic diagram of internal structure ofeddy filament (modified from McWilliams, 2016)

图5 (a)测线L04的地震剖面，与L03调整为相同走向，空白区域为被切除的海底地震反射；(b)为(a)中涡丝区域放大图，黑色粗线勾勒了同相轴结构Fig.5 (a) The seismic profile of line L04 is adjusted to the same trend as that of L03, and the blank is the excised submarine seismic reflection；(b) is an enlarged view of the central eddy filament region in (a), and the black thick line Outlines the in-phase axis structure

可以与之对比的是测线L16(图6)，在地震剖面上可以看到剖面中间存在透镜状区域，深度范围150～600 m，水平尺度约75 km，属于一般规模的中尺度涡旋.内部有大量细碎的同相轴，大多具有一定弧度，整体构成透镜状.边界不明显，但可以从细碎反射消失的位置判断.右上存在的倾斜强反射应是不同温度水团交汇处的锋面，也是涡旋的锋面.理论的普通锋面结构，由一个单极子的次级环流构成(图4a).与前述L03中构成复杂涡丝结构的锋面区不同，本测线中的锋面呈现简单的倾斜反射.东侧是暖涡涡丝构成的沿岸流平行于海岸方向流动，西侧是表层向岸流，两个不同水团在剖面处交汇形成锋面结构(参考图7c′).

图7续

图7 2002年9月27日加利福尼亚湾50 m水深的(a) 温度场，(c) 流速场(海平面高度)，(e) Rossby数与(g)OW参数；(b)(d)(f)(h)为200 m水深；(c′)(d′)分别为(c)(d)中黑框区域放大图，黑线为测线L14-003位置，(c′)中红线为测线L16位置Fig.7 (a) Temperature, (c) horizontal velocity (SSH), (e) Rossby number and (g) OW parameter of 50 m depth in the Gulf of California on September 27, 2002; (b)(d)(f)(h) is 200 m water depth;(c′) and (d′) are the enlarged images of the black box area in (c) and (d), respectively. The black line is the position of L14-003, and the middle red line in (c′) is the position of L16

测线L14-003整体水深较深，仅在测线中段有一座不高的海山.在2002年9月27日50 m水深的温度，Rossby数，OW参数和流速场上(图7)，可以观察到本测线左右侧各有一个中尺度涡.在200 m水深的流速水平剖面上，测线切过的位置流向虽然与50 m处类似但流速大大减小，同时Rossby数和OW参数值非常小，涡旋的影响在200 m处已经基本消失，温度场也趋于均一.

在地震剖面上(图8)，左上位置可以看到边界清晰的碗状反射体，中心深度约150 m，水平尺度约50 km，在地震剖面上的表现为一个中尺度涡，其反射强度明显强于周围海水，最中心处反射强度较弱.反射体内存在一形状相似于边界的更小碗状反射，中心深度150 m，水平尺度约35 km，应是涡核.碗状涡核左右两侧存在近水平的括号状反射，推测是亚中尺度的涡丝，其结构(图9)类似于星系中涡旋与旋臂关系(Song et al.，2011).右上位置有一碗状反射体，中心深度约200 m，水平尺度约30 km，小于第一斜压Rossby变形半径.推测其可能是测线右侧中尺度暖涡边缘产生的亚中尺度涡在地震剖面上的表现.右侧反射体内同样存在形状相似于边界的涡核，中心深度150 m，水平尺度约15 km，外侧具有近水平的括号状涡丝结构.这两个涡旋并没有表现出典型的透镜体，而是更倾向于碗状，这可能是由于它们是接近海表的涡.在这种情况下，上面的反射会遵循一个类似的碗状曲率(Yamashita et al.，2011).另一种解释是，它可能在重力上是不稳定的，也就是说，它可能正在下沉(Gorman et al.，2018).在类似同心圆状的涡结构中，内圆的涡核结构保持完整，而外圆在基底处模糊，推测是由于外侧涡丝的存在，内部分层较弱为内侧涡核更高的稳定性创造了条件，故而有完整的结构.涡核和外侧涡丝均表现为边界的强反射和内部的较弱反射.一般认为涡旋中心和涡旋边缘动力特征不同.涡旋边缘由于与周围水团的交换，会存在剧烈的热盐侵入，在地震剖面上会表现为强反射特征.而涡旋中心由于水团性质较为均一，故而在地震剖面上表现为弱反射.涡旋的分层结构比周围水域强，温暖的涡旋中心向下延伸，提供了更大的垂向密度梯度，并为分层提供了额外的空间(Tang et al.，2020).丰富的内部结构可能源于是涡旋捕获了大量的暖水和增加温跃层厚度而导致的分层增强.

图8 (a)测线L14-003的地震剖面；(b)为(a)中左侧涡旋区域放大图，黑色粗线勾勒了同相轴结构；(c)为(a)中右侧涡旋区域放大图Fig.8 (a) Seismic profile of L14-003; (b) is an enlarged view of the eddy region on the left side of (a), and the black thick line outlines the in-phase axis structure; (c) is an enlarged view of the right eddy region in (a)

图9 涡旋及其周围涡丝整体结构示意图(a) 平面图； (b) 剖面图.Fig.9 Schematic diagram of the overall structure of eddy and its surrounding eddy filaments (a) Horizontal view； (b) Vertical view.

4.2 斜率谱与谱能量特征分析

对前述地震剖面L14-003选取两个窗口，其中一个窗口选取在右侧小涡旋处(图10中以绿色标注)，另一个窗口选取在其正下方无明显反射结构的区域(图10以蓝色标注).对窗口内的地震数据按照前述方法计算其地震斜率谱.窗口大小为25 km×150 m.其中绿色窗口横坐标150～175 km，纵坐标150～300 m；蓝色窗口选择横坐标150～175 km，纵坐标750～900 m.

在绿色窗口的斜率谱上观察到了具有一定规律的剧烈起伏的尖峰(图11a).这是由地震数据采集时的观测系统带来的谐波噪声(Holbrook et al., 2013).这种噪声在地震数据的水平波数域非常明显，存在于与地震数据炮间距对应的多个离散的波数处.这是由于一定间隔放炮在水平波数域导致了一系列与炮间距对应波数成整数倍的谐波噪声，相邻CMP叠加地震道上反射能量的振幅或到达时的轻微变化会产生谐波波数噪声，这种谐波噪声完全是炮间距引起的，与作为探测目标的介质无关，所以我们使用陷波滤波压制了谐波噪声.

我们将谐波噪声压制后，由斜率谱结构可知(图11a)，存在亚中尺度现象的区域与无明显现象的区域相比，斜率谱具有以下特点：波数从低到高大致分为四段：第一段斜率约为2，与随机噪声一致；第二段斜率接近-0.5，与内波参考斜率一致；第三段斜率接近1/3，与湍流参考斜率一致，内波与湍流之间是过渡段，可能具有内波与湍流共存的特点；第四段斜率约为-8，这是由于地震处理的横向平滑产生的，目的是增强数据的横向连续性从而增加地震反射层的数目和长度.而无现象区域的地震斜率谱呈类似半圆弧形(图11b)，可以观察到低波数的斜率约为2的似随机噪声段，中高波数的斜率约1/3的湍流段以及横向平滑的-8斜率段，但观察不到内波段.

为了消除深度和地震数据处理误差的影响，从而对比波数谱的相对强度.在绿色窗口左侧的相同深度处，选取一个一样大小的窗口(图10中以红色标注)进行计算，并将结果进行平滑.可以看到，两者斜率谱的结构是相似的(图12)，但在不同的波数段具有不同的相对强度.涡旋处的斜率谱，在湍流波数段中具有最低的谱能量，因此具有最低的混合速率，这可能是由于它的封闭区域和边界具有相对稳定的强分层.而涡的边界由锋面系统构成，这里亚中尺度过程以内波形式普遍存在，所以内波段能量最强.而旁边背景水层的斜率谱，尽管波数谱形态接近于涡旋，但内波能量稍低，推测内波能量是在锋面区释放，然后向外扩散(Tang et al.，2020).湍流能量高于涡旋处，可能是在离旋涡不远的环境水中，具有弱分层的海水很容易被内波扰动增强湍流混合.与深层的平静水层对比，深层环境水中几乎没有内波能量，与地震剖面上看不到反射体相符.而湍流段范围长，则反映深层并不像看上去那么平静，而是具有一定的湍流活动.

图10 地震剖面L14-003选取的窗口位置，绿色窗口选取在涡旋处，蓝色窗口选取在无明显现象的深水区域，红色窗口是与蓝色窗口相同深度的无明显现象的背景水体Fig.10 The selected window of seismic profile L14-003. The green window is selected at the eddy, the blue window is selected at the deep water area with no obvious phenomenon, and the red window is the background water with no obvious phenomenon at the same depth as the blue window

图12 地震剖面L14-003中涡旋位置(图10绿色窗口)，弱反射深水位置(图10蓝色窗口)及涡旋左侧无现象的背景水体位置(图10红色窗口)的斜率谱对比Fig.12 Comparison of slope spectrum of eddy position in seismic profile L14-003 (Fig. 10 green window

对于地震剖面L14-003的涡旋位置窗口(图11a)，在10-3.3m-1以下波数段属于似随机噪声段，在10-3.3～10-1.9m-1的波数段内斜率与内波相接近，在10-1.9-10-1.5m-1的波数段内斜率与湍流相接近，在10-1.5m-1以上的波数段内受到横向平滑处理的影响.对L14-003剖面选取现象较丰富的75～525 m深度范围，分别对内波和湍流波数段进行积分，根据3.2节所述方法计算相对地震谱能量.设定相对地震谱能量的计算网格为128×5个采样点，网格大小0.8 km×12 m.对得到的谱能量分布图进行3×3点平滑处理，获得平滑后的相对地震谱能量(图13).

图11 地震剖面L14-003中 (a)绿色窗口的斜率谱; (b)蓝色窗口的斜率谱Fig.11 Slope spectrum of (a) green window in seismic profile L14-003; (b) Slope spectrum of the blue window w), position of the deeper with weak reflections (Fig.10 blue window) and non-phenomenon background water position on the left side of the eddy (Fig.10 red window)

内波(10-3.3～10-1.9m-1)波数段的谱能量分布(图13a)与地震数据相对比，可以发现具有较好的一致性.100 m深度附近是谱能量高值，这里是地震剖面中涡旋的上边界位置，同时该深度内波广泛发育；涡旋下边界附近也可以观察到谱能量略高于背景值；在约225 m深度的中右位置也出现了高值，这里虽然没有涡旋，但也可以在地震剖面观察到内波的条纹痕迹.湍流(10-1.9～10-1.5m-1)波数段的谱能量分布(图13b)与地震剖面则具有更好的相关性.其中左、右两个涡旋的位置均表现为谱能量的低值，而270 m深度附近两个涡中间的区域表现为谱能量的高值.涡核由于封闭的结构具有更好的稳定性，湍流能量低，而涡边界的亚中尺度过程和较强的内波扰动了周围的海水，故表现为湍流能量的高值，这也与前述的观点相符.

5 总结与结论

本文通过对2002年加利福尼亚湾及其附近海域地震剖面的分析与计算，研究了亚中尺度过程在地震海洋学剖面中的表现及特征，计算了地震剖面上亚中尺度过程的斜率谱与谱能量特征，讨论了能量耗散的过程.

我们观察到中尺度涡涡列尾端的涡丝，其属于亚中尺度过程.理论的涡丝垂向结构为一对偶极子次级环流，由中间的高密度下沉流和两侧的低密度幅聚相向流构成.涡丝的密度结构近似呈人字形分布，由多个相向倾斜的密度锋构成.地震剖面上的涡丝由多组相对的叠瓦状倾斜反射体构成，验证了涡丝内部密度锋的理论垂向结构.表明涡丝内部呈现一个复杂而宽广的锋面区，锋面过程可能包括内波的破碎、交错和湍流的搅动.

在中尺度涡附近的地震剖面上可以观察到其产生的亚中尺度涡旋，近表层的涡旋呈碗状强反射结构.由于涡旋水体的温盐等性质与周边水体存在差异，与周围水团的物质交换时存在剧烈的热盐侵入，故在地震剖面上其边界会表现为强反射特征.而内部由于较为稳定，呈现细碎的弱反射.同时我们观察到中尺度涡旋的涡丝，两者关系类似于旋涡星系和其旋臂结构，在地震剖面上呈现为左右侧边界外侧的括号状近水平反射带.

地震斜率谱的计算表明窗口内亚中尺度现象是否发育明显影响了斜率谱的结构：浅部亚中尺度现象区域的斜率谱包含内波段和湍流段，而平静深水区域的地震斜率谱观察不到内波段.同一深度的不同窗口的斜率谱结构相似，而相对强度有差异：涡旋处的内波能量较高，而周围无明显现象的背景水体的湍流能量较高.对内波段进行积分获得的相对谱能量分布图上，高值的分布位置与亚中尺度现象的分布位置有一定吻合，推测是涡旋的边界由锋面系统构成，这里亚中尺度过程以内波形式普遍存在.湍流段进行积分的结果则与地震剖面具有更好的相关性，涡旋位置表现为谱能量的低值，而靠近涡旋的位置表现为谱能量的高值，推测是涡旋与内波的扰动增强了周围水体的湍流.

综上所述，亚中尺度现象在地震海洋学剖面上是可以被观察到的，也具有一定的特点和规律，同时地震斜率谱和相对谱能量也可以作为研究和分析它的一种手段.亚中尺度过程作为目前海洋学研究的前沿问题，具有快速成像、高横向分辨率优点的反射地震方法将是未来其研究工作的一种重要手段.

致谢感谢R/V Maurice Ewing EW0210航次的船长、船员和各位科学家为获得地震数据做出的贡献.地震数据EW0210由MGDS(The Marine Geoscience Data System)—海洋地球科学数据系统提供(http:∥www.marine-geo.org/).温盐数据来自CMEMS(Copernicus Marine Environment Monitoring Service)—哥白尼海洋环境监测服务中心(http:∥marine.copernicus.en/services-portfolio/access-to-products/).十分感谢MGDS和CMEMS对本研究的数据支持.