上海沿海海上搜救预测模型系统的研究和应用

利用中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)、无结构网格近岸海洋模式FVCOM(Finite-Volume Coastal and Ocean Model)和基于蒙特卡洛随机统计理论的海上搜救目标漂移轨迹模式Leeway,建立了长江口及邻近海域海上搜救物漂移轨迹预测模型系统。漂移轨迹预测以风和表层海流预报为基础,考虑了包括落水位置和时间、风致漂移方向、搜救目标物状态的不确定性以及风场预报误差带来的漂移路径预测误差,经统计获得搜救目标物可能漂移集合范围。对近年来发生在长江口邻近海域的海难事故后报模拟验证结果证明了Leeway模式在长江口邻近海域的适用性,同时表明所建立的搜救模型系统具有较高的精度,操作方便、时效性高,在搜救业务化预报工作中具有广阔的应用前景。     

基于受力分析的落水人员漂移轨迹预测研究

介绍了一种基于受力分析的预报海上搜救落水人员漂移轨迹的理论方法。对落水人员进行受力分析,得出落水人员在风、波浪、海流作用下的漂移轨迹数学模型,利用龙格库塔数值方法求解漂移轨迹。通过48 h海上仿真人漂移试验进行验证,结果表明:落水人员理论计算漂移轨迹与海上试验实际漂移轨迹吻合良好,说明该理论计算方法可靠。同时,通过理论计算分析了波浪对落水人员漂移轨迹的影响,发现波浪对落水人员漂移轨迹的影响相对较小,但是考虑波浪的情况下更接近实际漂移轨迹,预报精度提高2.86%。     

基于海上试验对海上漂移物运移轨迹影响因素的分析

为了提高现有的海上搜救和绿潮漂移预测模型的预报精度,在2011年7月20日进行了一次落水人员、绿潮和无动力船漂移预测的海上试验。通过分析这三种海上漂移物运移轨迹的实验数据,确立了落水人员、绿潮、以及无动力船在海上漂移轨迹的主要影响因素。实验结果表明,落水人员和绿潮的漂移轨迹比较一致,基本都受限制于海流运动。其中,落水人员相较于绿潮来说受到潮流的作用比较大,风对绿潮的影响相比对落水人员的影响大。无动力船的漂移轨迹与落水人员和绿潮的漂移轨迹略有不同,受潮流往复作用较小。根据海上实验的结果,我们重新确立了搜救模型的中海流和风应力的参数,使得搜救模型的模拟结果更吻合于实验数据。     

基于GIS的宁波市海洋专题保障预报综合信息服务平台开发与应用

利用GIS地理信息系统、网络数据库等技术,设计开发一个集港口码头潮汐潮流精细化预报、海上搜救辅助决策、海上溢油及化学品漂移扩散辅助决策、海洋环境预警预报等功能于一体的宁波市海洋专题保障预报综合信息服务平台,为宁波涉海涉渔部门提供精准直观、灵活多样的各项专题海洋预报产品,更好地服务宁波市海洋经济的发展,提升地方政府海上突发事件应急能力。     

海洋环境信息在海上搜救中的应用

在分析海上搜救过程的基础上,构建了海上搜救辅助系统的基本结构和应具有的主要功能,并对系统所涉及的各类数据加以较为详细的分析,指出了数据信息的可能来源,以及数据处理方法;分析了影响海上漂浮物运动的各种海洋环境因素;利用POM模式模拟的东海8个主要分潮的潮流预报结果,以及ECCO大洋环流模式的计算结果,在只考虑潮流和准定常海流的情况下,编程实现海上漂浮物漂移轨迹追踪软件。     

基于观测和模型的风致漂移系数研究

在进行海上搜救目标漂移轨迹预测时,风致漂移系数的取值将影响预测的准确性.使用2011年5月南海部级联合搜救演习期间位于莺歌海海域模拟人和救生筏的现场漂移轨迹资料,结合风场和流场的数值模拟研究,对模拟人和救生筏的风致漂移系数进行了推导及检验.结果表明,模拟人和救生筏的风致漂移系数分别取0.017和0.065较为合适,该结论可为落水人员和救生筏的漂移预测提供参考.另外,首次借助了风场和流场数值模拟结果来推导风致漂移系数,可以有效弥补观测资料的不足.     

海上搜救辅助决策技术研究进展

随着我国"海洋强国"和"一带一路"战略的实施,海上活动日益频繁,海难事故风险持续增长,海上人员安全问题受到了越来越多的关注。本文以海上搜救区域的确定和搜寻方案的规划两个关键技术为切入点,综述了海上搜救辅助决策关键技术的发展过程和相应的研究成果。首先,针对海上遇险目标的运动特性,介绍了遇险目标漂移模型的发展,概述了漂移轨迹和搜救区域的计算方法;其次,分别对静止和运动目标的搜寻策略进行了回顾与归纳;最后,总结了上述技术在国内外的业务化应用情况,进而探讨了相关技术的未来发展方向。本文旨在为我国海上搜救应急保障体系的建设和重大海难事故应急反应能力的提高提供依据和参考。     

基于自主创新的21世纪海上丝绸之路海洋业务化预报产品

2018年12月10日,受国际海洋学委员会西太分委会(IOC/WESTPAC)邀请,21世纪海上丝绸之路海洋业务化预报产品对外发布。该系统每天发布未来5天的海浪、水位、三维温度、盐度和海流预报,并提供预报数据的下载,可直接服务于海洋防灾减灾、海上航行安全、海洋生态系统保护、海岛海岸带综合管理、海洋搜救和蓝色经济发展等。     

AP98风压漂移模型的应用研究

以AP98风压漂移模型为基础,推导出将AP98风压漂移模型应用于实际风场中的算法,进而得到流压、风压同时作用下海上漂浮物漂移量的积分算法,通过海上漂流数值实验直观的展示该算法的特点,为构建更为精准的海上搜救模型提供了1种可尝试的方案。     

基于SOA架构的国家海上搜救环境服务保障平台研发与应用

针对当前海上搜救环境服务工作的需求和问题,提出了基于SOA架构构建"交互式、自动化、高效率"的平台思路,并在此基础上搭建了国家海上搜救环境服务保障平台。平台集成了海上搜救漂移自动预测、海洋动力环境多级动态可视化查询和多用户协同服务等功能,并与标准S57海图实现无缝对接。平台在业务部门实现业务化运行,将几个小时的响应时间缩短为几分钟,显著提高了工作效率和搜救预测精度。     

2002～2003渤海海冰数值预报

海冰数值预报是海冰业务预报的主要方法之一。国家海洋环境预报中心建立了业务化的渤海海冰数值预报系统，并进行了多年的业务化运行。随着我国卫星遥感事业和数值天气预报技术的发展，海冰预报系统也在不断发展中。本文介绍了2002～2003冬季应用HY—1卫星海冰遥感和T213数值天气预报模式产品对该海冰数值预报系统的改进，对2002～2003冬季海冰数值预报的结果进行了分析和比较。     

2011年6月-8月渤海湾溢油事故长期后报数值模拟

三维业务化溢油应急预报系统不仅能提供逐时的海洋环境信息预报和溢油漂移扩散,还能对溢油事件进行后报数值模拟。2011年6月4日在渤海湾蓬莱19-3B采油平台发生溢油事件,同月17日19-3C平台也发生溢油事件。此次溢油事故造成了数千平方公里海水受污染。本文采用国家海洋环境预报中心自主研发的溢油模型对蓬莱19-3溢油事件进行长期后报数值模拟,在风流海洋环境场的驱动下,模拟了2016年6月到2016年8月,两个平台溢油的漂移扩散情况、影响范围,靠岸时间和影响岸段等。风场采用基于WRF模型模拟得到的再分析风场,并用实测风对再分析风场进行订正,流场采用基于POM模式在再分析风场驱动下得到的海流。后报结果显示,溢油主要向西北方向漂移,并最终靠岸,其扫过的海域也主要在平台的西北方向,这与观测结果一致,验证了后报的可靠性。     

卫星高度计波高数据同化对西北太平洋海浪数值预报的影响评估

通过数值试验验证卫星高度计波高数据同化对西北太平洋3 d海浪预报的改进效果。驱动海浪模式的强迫场采用国家海洋环境预报中心基于MM5模式预报的风场,波高数据同化使用的观测数据是Jason-1卫星高度计有效波高。用最优插值数据同化方法获得海浪有效波高的最优估计并重构相应的海浪方向谱,以此为初始场进行为期3 d的数值预报试验。与没有同化的预报进行了比较和分析,结果表明卫星高度计海浪数据同化对0~72 h预报有不同程度的明显改善,改进程度随预报时效的增加而减少。     

中尺度数值预报模式(MM5)在海面风场预报中的应用

本文简要介绍了在工作站上运行有限区域海面风场数值预报业务化系统的情况。该系统以MM5V3作为主要框架,选定了积云对流和边界层参数化方案,准备了三种侧边界方案,以确保有限区域海面风场数值预报业务化的运行。半年多的准业务运行表明,系统运行稳定,海面风场预报效果较好,除能直接给有关业务单位参考外,还提供给有关海洋数值预报模式使用。     

近岸溢油漂移扩散预测方法研究——以胶州湾溢油事件为例

近些年,由于中国经济的高速发展,原油需求逐年增长,同时海上溢油事故发生的风险也在加剧。海上溢油会严重破坏海洋环境,危害我国经济发展,加强溢油漂移扩散预报研究能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。因此,国家海洋信息中心研发了海上突发事件应急一体化预测预警系统。该系统基于GIS平台研发,能够在二维电子海图基础上叠加相关的海洋环境动力要素信息,模拟溢油扩散和漂移态势,同时计算剩余油量,估算溢油面积以及岸线吸附程度等。2013年11月22日,山东黄岛发生输油管道爆炸事故,造成大量原油溢入胶州湾。本文利用该系统结合高分辨率大气模型WRF的三重嵌套技术和海流模型SELFE的非结构化网格加密技术,对事故溢油漂移扩散开展了预测工作。预测结果显示,油污受胶州湾内往复流的影响极大,72 h后,胶州湾内外大部分海域都将存在油污,主要集中在黄岛沿岸海域、团岛及浮山湾附近,预测扫海面积为70.32 km2。经海事部门高分辨率卫星观测结果印证,系统模拟的溢油分布较为合理。该系统的业务化应用为相关海上溢油污染应急工作提供了一定理论依据和参考。     

集合同化方法在黄海海域海表面温度同化中的应用

The effects of sea surface temperature(SST) data assimilation in two regional ocean modeling systems were examined for the Yellow Sea(YS). The SST data from the Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis(OSTIA) were assimilated. The National Marine Environmental Forecasting Center(NMEFC) modeling system uses the ensemble optimal interpolation method for ocean data assimilation and the Kunsan National University(KNU) modeling system uses the ensemble Kalman filter. Without data assimilation, the NMEFC modeling system was better in simulating the subsurface temperature while the KNU modeling system was better in simulating SST. The disparity between both modeling systems might be related to differences in calculating the surface heat flux, horizontal grid spacing, and atmospheric forcing data. The data assimilation reduced the root mean square error(RMSE) of the SST from 1.78°C(1.46°C) to 1.30°C(1.21°C) for the NMEFC(KNU) modeling system when the simulated temperature was compared to Optimum Interpolation Sea Surface Temperature(OISST) SST dataset. A comparison with the buoy SST data indicated a 41%(31%) decrease in the SST error for the NMEFC(KNU) modeling system by the data assimilation. In both data assimilative systems, the RMSE of the temperature was less than 1.5°C in the upper 20 m and approximately 3.1°C in the lower layer in October. In contrast, it was less than 1.0°C throughout the water column in February. This study suggests that assimilations of the observed temperature profiles are necessary in order to correct the lower layer temperature during the stratified season and an ocean modeling system with small grid spacing and optimal data assimilation method is preferable to ensure accurate predictions of the coastal ocean in the YS.     

黄海浒苔漂移输运模式的建立与应用

本文利用NCEPGFS预报风场和中国近海高分辨率三维MASNUM海浪-潮流-环流耦合海洋数值预报系统的预报数据,建立黄海浒苔漂移输运模式,用于黄海浒苔溯源和漂移输运数值模拟研究。使用2009年5月份黄海表层漂流浮标数据和2012年MODIS卫星遥感浒苔漂移分布资料对所建立的漂移输运模式进行验证,结果表明所建立的模式能够有效的模拟出浒苔暴发区漂流浮标运动状况,并能够有效地模拟出2012年浒苔漂移输运过程。最后运用所建立的模式开展2008年和2010年浒苔漂移输运过程,模拟结果与文献报道的卫星观测结果一致。模拟结果表明,受海洋表层流影响两年浒苔特征显著不同:2010年浒苔影响海域明显小于2008年,且2010年浒苔主体没有大规模在青岛近岸堆积。     

数值预报产品在台风路径预报中的应用

利用欧洲中期天气预报中心和国家海洋环境预报中心的数值预报产品，形成包括理想台风模型的模式初值，用正压原始方程做台风路径预报，经过１９９４年的６个台风的实时预报试验，效果较好。     

A new nudging scheme for the current operational climate prediction system of the National Marine Environmental Forecasting Center of China

A new nudging scheme is proposed for the operational prediction system of the National Marine Environmental Forecasting Center(NMEFC) of China, mainly aimed at improving El Ni?o–Southern Oscillation(ENSO) and Indian Ocean Dipole(IOD) predictions. Compared with the origin nudging scheme of NMEFC, the new scheme adds a nudge assimilation for wind components, and increases the nudging weight at the subsurface. Increasing the nudging weight at the subsurface directly improved the simulation performa...     

南海深水区水下溢油三维可视化模拟系统研发与应用

针对南海油气田勘探开发溢油污染防治需求,开发了国内首套深水区水下溢油三维可视化模拟系统,由三维海流预报模型、深水溢油模型、三维可视化仿真系统和数据库组成。海流预报模型基于ROMS模式,通过考虑波致混合影响,并利用最优插值技术同化卫星测高资料和嵌套技术,保障了预报结果的准确性。深水溢油模型由羽流模型和对流扩散模型组成,考虑了卷吸、油气分离、溶解、水合物生成、漂移、扩散等复杂过程。系统能够预测深水区水下油气泄漏后行为和归宿过程,提供油、气、天然气水合物粒子的大小、分布、移动速度和漂移轨迹、扩散面积、水体溢油残存量、水面溢油量等三维可视化动态模拟结果。目前系统已经在油气田勘探开发中得到应用,为南海深水溢油应急提供了重要支撑。