海底热液柱温度异常自动化计算方法探讨.pdf

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1、第34卷第2期2012年3月海洋学报ACTA0CEANOLOGICASINICAV01．33。No．2March2012海底热液柱温度异常自动化计算方法探讨王晓媛1，武力1’2，曾志刚H，李兆学1(1．中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室，山东青岛266071；2．中国科学院研究生院，北京100049)关键词：热液柱；温度异常；重采样法；迭代法中图分类号：P738．6文献标志码：A文章编号：0253—4193(2012)02—00185—081引言在Corliss等[11和RISEProjectGroup

2、E21发现海底热液喷口之前，少数科学家已经认识到与热液释放有关的大范围的温度异常。40多年前Knauss[3]发现位于EPR20。S上水深3000～3500m的异常暖水区与高海底热流带相关。10a后Warren[43通过对SCORPl0调查航次中获得的数据进行分析也观察到同样的特征出现在EPR28。S和EPR43。S上方，从此开始了大洋中温度异常的调查研究。一般情况下由于海洋分层，大西洋内的热液柱比同密度层位的背景海水要冷，而太平洋热液柱的温度则比背景海水的温度要高∞]。温度异常与颗粒物浓度异常、光衰减异常结合便

3、于在走航时快速了解热液柱的大致空间展布结构印_8]。温度异常是热液柱的显著特征之一，同时也是评估热液柱向大洋输入热通量的重要参数凹叫⋯，而且它与热液柱水体中的许多沉淀一溶解、氧化一还原化学反应[11-183密切相关，直接影响这些反应的焓变、熵变以及吉布斯自由能等许多热力学函数，从而对化学平衡常数和化学反应速率产生重要的影响。因此，对热液柱温度异常不仅要尽快观察到，以便寻找热液活动区域，而且需要更准确地定量计算，从而更好地把握热液柱的形成过程及其对大洋水环境的影响。热液柱温度异常值被定义为在同一地区等密度层位处热液

4、柱温度与正常海水温度之问的差值。目前海底热液柱温度异常值的计算方法主要有3种：(1)将背景海水的位势温度一盐度或位势温度一位势密度作拟合曲线得出背景海水的位势温度与盐度或位势密度之间的变化关系，将热液柱区域内的变化情况与背景海水比较，从而计算出温度异常值[1们；(2)对热液柱区域内的位势温度一盐度或位势温度‘位势密度作曲线，寻找变化曲线内出现异常的结点，人为控制扣除异常点后对剩余的点作位势温度一盐度或位势温度一位势密度拟合曲线，把得到的曲线延伸至异常区域，将异常区域的变化曲线与此假设的正常海水曲线比较，从而计算得

5、到温度异常值嘞_23]；(3)利用热液柱平衡高度和盐度梯度或密度梯度计算温度异常值：7qR△口≈一竿!半，(1)a．01“式中，A0代表温度异常；Zo。代表热液柱上升到平衡位置时的高度；S：代表盐度梯度；d为热膨胀系数；』9为卤水收缩系数口]。3种方法各有弊端：对第1种方法，需要采集到不受热液柱扩散影响的背景海水值，但是热液柱扩散范围很广(长达20km)，加之海流等多种因素的影响很难把握获得合适的的背景海水值；第2种方法操作相对复杂，不利于数据的批量收稿日期：201I-05—04；修订日期：201i0804。基金

6、项目：中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室开放基金(MGE2009KG03)；国家自然科学基金(40906029；40830849)。作者简介：王晓媛(1980一)，女，汉族，山东省青岛市人，助理研究员，博士，从事海底热渡柱及热液体研究。E-mail：wangxiaoyuan@qdio．ac．cn*通信作者：曾志刚。Email：zgzeng@qdio．ac．c海洋学报34卷处理，而且由于存在人为控制因素，故仅能大致了解各热液区热液柱温度异常之间的差异；由第3种方法，得到的温度异常值实际为热液柱平衡位置处的

7、最大温度异常值，由于在一定海区用此法计算热液柱温度异常值的各个参数均为定值，因而得到的温度异常值也为定值，无法动态反映热液柱的扩散情况。为了能够快速计算海底热液柱的温度异常值、及时了解热液柱温度异常变化的动态信息、减小由第1种方法和第2种方法带来的计算误差，并使获得的多个热液区内海底热液柱温度异常有可比性，我们对在东太平洋海隆13。N，西太平洋东Manus海盆、大西洋Logatchev热液区获得的位势温度和位势密度数据进行了研究，提出了两种新的自动化计算海底热液柱温度异常值的方法，应用该两种方法可以避免人为识别异

8、常点的误差，而且能够快速、高效地自动判别热液柱温度异常动态信息。2数据与方法采用的数据为2003年DYl05～12，14航次第6航段在东太平洋海隆13。N附近、2005年DYl05—17A航次大西洋航段在Logatchevl热液区附近以及2008年“KX08—973”航次在东Manus海盆内布设站位，使用Seabird911CTD获得的位势温度、位势密度数据，其中在EPR