SST短期数值预报

以海洋原始方程组为基础,用SST常规船舶资料形成初始场,以气象预报产品提供海表面的强迫场,建立了一个有限区域的SST短期(3～5d)动力数值二维预报模式,开创了第一代SST短期数值预报模式.利用此模式进行了试预报,预报效果良好,实现了表层海水温度数值预报业务化运行,实效为3d的预报精度均方误差达到1.0℃左右.     

南海及周边海域风浪流耦合同化精细化数值预报与信息服务系统简介

面向社会需求,建立覆盖南海及周边海域的高分辨率风-浪-流耦合同化数值预报与信息服务系统。系统包含耦合同化数值预报模式、海洋动力环境数据库与可视化平台两部分。其中,耦合同化数值预报模式由中尺度大气数值预报模式、海浪数值预报模式和区域海洋环流数值模式,在C-Coupler耦合器中进行耦合,引入集合调整Kalman滤波同化模块,在耦合预报前进行大气、海浪和海流的同化后报模拟,为耦合预报模式提供更为精确的初始场。预报结果经海洋动力环境数据库和可视化平台处理后,通过二维和三维可视化展示,向用户提供直观的南海及周边海域海洋环境预报产品。     

海洋-声学-探测模型的并行预报技术研究

针对声纳探测性能预报的需求,建立了海洋-声学-探测模型,实现了并行计算。该模型将海洋数值预报模式、声学模式与海洋观测资源进行整合,辅以战术需求,实现了对水声环境和声纳探测性能的动态预报和估计。同时,结合高性能计算机系统,设计并实现了模型的并行算法,结果表明,该程序具有较高的并行性能,较好地满足了声纳探测性能预报对实效性的要求,为形成业务化海洋水声环境预报能力打下了良好的基础。     

四维变分同化技术在风暴潮数值模拟中的应用

利用区域海洋模式ROMS(Regional Ocean Modelling System)及其四维变分同化模块,建立了具有资料同化能力的东中国海风暴潮数值模式,通过将海洋站水位观测资料同化到风暴潮模式中,提高了模式对风暴潮的模拟精度。四维变分同化技术能够在整个同化时间窗口保持动力协调,使模拟结果在该时间窗口内最大程度的靠近观测,同时,得到了最优预报初始场。利用该模式,对两次温带风暴潮过程进行了数值模拟,结果表明:在同化窗口内,同化对模拟精度有明显的提高;结束同化之后,得到的最优预报初始场对临近预报精度也有一定提高。     

基于MPI+OpenMP的水声传播并行预报方法

基于SMP集群,利用MPI+OpenMP混合并行编程方法,设计和开发了水声传播产品多级混合并行预报算法,该算法结合SMP集群的体系架构特点,通过节点内共享内存,节点间消息传递的方式,充分发挥两种模式各自的优势,克服MPI模式进程间通信时间长、OpenMP模式扩展性差的缺点,并对程序进行了优化处理,实现了水声传播产品的快速高效预报。测试结果表明,该方法可充分发挥两种并行编程模式的优点,有效提高水声传播产品预报程序的并行效率和扩展性,大幅降低预报时间。     

南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统研制

本文主要介绍了南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的研制概况。预报区域为99°E~135°E,15°S~45°N,包括渤海、黄海、东海和南海及其周边海域。为了给耦合预报模式提供较准确的预报初始场,在预报开始之前,分别进行了海浪模式和海洋模式的前24小时同化后报模拟。海浪模式和海洋模式都采用了集合调整Kalman滤波同化方法,海浪模式同化了Jason-2有效波高数据;海洋模式同化了SST数据、MADT数据和ARGO剖面数据。为了改进海洋温度和盐度的模拟,我们在海洋模式的垂向混合方案中引入波致混合和内波致混合的作用。预报系统的运行主要包括两个阶段,首先海浪模式和海洋模式进行了2014年1月至2015年10月底的同化后报模拟,强迫场源自欧洲气象中心的六小时的再分析数据产品。然后耦合预报系统将同化后报模拟的结果作为初始场进行了14个月的耦合预报。预报产品包括大气产品（气温、风速风向、气压等）、海浪产品（有效波高和波向等）、海流产品（温度、盐度和海流等）。一系列观测资料的检验比较表明该大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的预报结果较为可靠,可以为南海及周边海洋资源开发和安全保障提供数据和信息产品服务。     

渤海海冰业务数值预报系统

海冰业务数值预经过二年不断改进、完善和提高，目前已经建立了包括大气、海洋和海冰模式在内的数值预报系统及资料管理、业务预报和微机通信一体化的预报服务系统。海水数值预报作为一种新的预报手段将产生明显的社会和经济效益。本文分别介绍海冰数值预报系统，业务运行，预报产品通信传输，资料管理和预报产品检验方案。     

有限海域海水表温数值预报改进模式

以海洋上部混合层(UML)存在为基础,建立了考虑UML深度变化的二维层模式。探讨有限区域的短期海表温(SST)业务数值预报模式。预报方程有三:低频流(黑潮及其分支)的无幅散化余流方程组、动力预报方程和模式物理学方程。本模式用于3～5d的SST预报,同时也给出UML平均漂流的预报。指出在大风状况下的降温,UML深是一个重要的影响因子,并与UML为平底时情况进行了比较。     

基于POMgcs模式中国海及邻近海域三维温盐流数值预报海面温度的检验分析

对基于POMgcs海洋模式建立中国海及邻近海域三维温盐流数值预报系统的海面温度产品,进行检验分析。利用2011年预报的月平均海面温度数据同卫星观测的月平均海面温度资料相比较,发现三维温盐流数值预报系统预报偏高。此外,分别利用2011年GTS海洋观测海面温度数据和2012年2、3、4月份卫星融合海面温度数据,与该系统海面温度预报逐日产品进行检验分析。检验结果表明:预报精度随着预报时效逐渐降低;预报海面温度高于观测值1℃~2℃。     

渤海溢油数值预报研究

以溢油漂移扩散模式为核心,采用"油粒子"方法来模拟溢油在海洋环境中的漂移扩散行为,与业务化渤海三维海洋数值预报模式、中尺度海洋风场数值预报模式相衔接,获得海流、海面风场等海洋环境预报产品作为溢油模式的外强迫,建立了渤海溢油数值预报系统.本文简要介绍了该系统的组成、运行机制和模拟试验情况,并讨论了建立我国全海域溢油预报系统的有关问题.     

南海北部海洋四维变分同化试验研究

为了研究四维变分同化方法在南海北部海洋数值预报中的适用性,使用海洋区域模式(ROMS),建立了南海北部海洋资料四维变分同化系统,进行了温盐廓线和海面温度数据同化试验,初步对比分析了三种四维变分实现方法的同化效果。研究结果表明,四维变分同化方法具有较好的同化效果,其中,增量强约束方法(I4DVar)具有较好的稳定性,其稳定性高于4DPSAS和R4DVar。本文研究成果为建立南海业务化海洋四维变分同化及预报系统奠定技术基础。     

热带气旋影响下上海港水位数值模拟和预报方法研究

基于二维台风风暴潮动力－数值模式和二维天文潮动力－数值模式，本文提出了一个包含天文潮和风暴潮非线性相互作用的综合水位数值模拟和数值预报方法。该方法经对１９５１－１９８６年间对上海港影响较大的８场台风期间的综合水位进行数值模拟，结果令人满意。运用该方法对９０１５号台风期间的上海港综合水位的试报和后报结果比较表明，水位误差主要来自台风路径和强度的预报而不是水位预报方法本身。所提出的适用于上海港水位数值     

海量数据驱动下的高分辨率海洋数值模式发展与展望

海洋数值模式是定量描述海洋物理现象及其变化的数值模型,也是海洋与气候研究、预测的核心工具。随着海洋观测的不断投入与积累、对海洋认识的不断深入,特别是在高性能计算技术的支撑下,海洋数值模式已有了长足进步,正朝着高分辨率和多物理过程的方向发展。随着分辨率的提高、物理过程的细化,海洋数值模式的发展面临着多个方面的挑战。当前,海洋数据数量和种类不断增多,同时超级计算机、高性能计算和深度学习等技术的快速发展,为海洋数值模式的突破提供了机遇与挑战。本研究回顾了海洋数值模式的发展现状,梳理和分析了其发展中遇到的大规模高效并行计算和参数优化这两个关键问题,探讨和展望了当前海量数据驱动下海洋数值模式的发展趋势。提出计算负载均衡、计算与I/O重叠的并行流水线设计以及降低全局交换的算法改进是当前突破高分辨率海洋模式大规模高效并行效率的关键。从海洋科学、高性能计算以及深度学习深度交叉融合的角度,提出了实现海洋科学与深度学习相结合的6个途径,在此基础上,探讨了基于深度学习的参数化优化可能实现的途径。     

中国近海海面风场预报方法综述

海上大风是一种灾害性海洋天气现象,能够准确、及时的预报海上大风对沿海地区的防灾减灾具有十分重要的意义.目前近海风场的预报方法有经验预报、统计预报、数值模式预报和统计动力(数值产品的释用)预报等.本文主要针对这些预报方法进行汇总与分析,为预报员提供可靠的依据.     

海雾的数值模拟试验

采用二维数值模式,对海雾进行了数值模拟,通过不同海洋气象条件下进行的数值试验,初步揭示了海雾的生成与时空变化规律,并对其生成机制进行了初步探讨.     

西北太平洋温盐多模式集合预报

借鉴大气集合预报中的多模式集合预报思想,开展了海洋数值模式的集合预报方法研究,将数据分频集合技术方法应用于6个海洋模式的海洋环境预报中,并以Argo实测资料对集合预报效果进行了验证。比对分析结果表明,多模式集合预报的温盐精度明显提高,预报效果明显优于单一模式。     

海洋数值模式结果可视化集成处理系统研制

随着海洋预警技术及计算能力的快速发展,海洋数值模式预报体系日趋完善。如何快速获取丰富、直观的海洋数值模式可视化产品是当前的研究热点。本文分析、提炼多源海洋数值模式结果(以Net CDF文件格式存储)的控制参数,利用虚拟化平行计算技术,采用核心服务器+数据处理服务器架构,实现海洋数值模式结果可视化集成处理系统研制。该系统能兼容多类模式结果处理,不仅提高了海洋数值模式结果可视化处理速率,也大大提升了服务器硬件资源的使用率。     

有限区域海面风场数值模式的建立

目前,国内外大尺度天气预报数值模式已经取得很大成就,如在预报地面气旋系统的移动和发展等方面。然而,这些模式的铅直分辨率一般不高,通常不包括边界层的动力过程,因而,在预报海面风场上,数值天气预报模式还没有令人满意的效果。目前所用的边界层预报模式尽管具有较高的水平分辨率和垂直分辨率,但要求大量的计算和资料,很难用于日常业务预报;另一种边界层诊断模式,用到的风场数据是气象工作者从天气形势(大尺度)分析中,通过差值等方法获得的,缺乏针对性,而且精度较低(WMO,1988;WMO,1990)。 作者认为,适于海洋要素预报的风场模式应是定位于有限区域,或称中尺度模式,并根据台站的具体资料来源和工作状况力争建立一套适于海洋要素预报的中尺度风场数值模式。鉴于以上,作者建立了一个适于海洋要素预报的有限区域海面风场数值模式。模式采用符合动力及热力学条件的简化方程组对大尺度风场进行加密,通过数值模拟得到适于海洋要素预报的有限区域海面风场。并将该模式运用于渤海这一有限区域,获得了良好的效果,说明该模式对海洋要素预报具有很好的应用前景。     

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式（FIO-COM）为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型（海底地形和底质参数）,实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。     

“20160227”青岛水上交通事故的气象条件分析和预报反思

结合各种观测资料和数值模式产品,对"20160227"青岛水上交通事故的气象条件和预报进行了分析和反思,发现:(1)事故海域附近的大雾区首先在青岛近海海域的南侧发展,之后逐渐向北向东扩展,但最远也仅限于离海岸线约50~60 km处,局地性较强;(2)大雾发展过程中,平流和辐射效应均有体现。业务数值模式对此次大雾均无有效预报,显示对近海大雾而言,现阶段预报技术水平仍不高;(3)从我国海洋气象预报业务分工看,现阶段各省级或地市级的海洋气象业务均存在人员素质不高、人员配备不足、预报产品针对性不足、临时或应急预报产品的传输效率不高等问题,严重制约相关责任海区的海洋气象业务水平。未来需要发展业务可用的集合预报系统,才可能对海雾预报有更好的客观支撑。而现有的业务技术体系中,省市级台站应注重天气形势和最新实况的配合分析,着力提升海雾短临预警水平。