四维LOESS插值法在台湾海峡及其邻近海域温盐场研究中的应用

将四维LOESS(locally weighted regression)插值法应用至台湾海峡及其邻近海域,在考虑了研究海域海底地形和岸界对分析结果影响的基础上,通过引入空间和时间拟合函数,有效地解决了调查资料在时间和空间上的不均匀性.通过与气候态WOD01数据及卫星遥感资料的对比分析,可以发现,四维LOESS插值法不仅能够较好地再现研究海域的水文要素整体分布特征,而且对于台湾海峡及其邻近海域的中尺度现象(如夏季浅滩附近的局地低温、东山外海上升流等)也有较好的分辨能力.总的来说,四维LOESS插值法在台湾海峡及其邻近海域的应用是可行、可靠的.     

台风过程研究中四维资料同化方法的探讨及应用

与把任意分布的观测值通过空间和时间插值分析到网格点的方法相比较,结合动力关系分析大气场问题的方法,其优势十分明显.Charney等[1]建议在一个能提供时间连续和动力耦合的模式预报方程中,有机地结合现在和过去的资料.后来这个概念被发展为众所周知的四维资料同化(FDDA).起初,四维资料同化主要应用于全球尺度,现在,无论是动力初始化还是作为一个分析或者研究工具,四维资料同化都有效地应用在中尺度模式上[2,3].     

四维资料同化方法的特点分析和发展趋势

与把任意分布的观测值通过空间和时间插值分析到网格点的方法相比较 ,利用动力关系分析问题 ,其优势性十分明显。在一个能提供时间连续和动力耦合的模式预报方程中 ,有机地结合现在和过去的资料 ,即众所周知的四维资料同化。从目前经常应用的四维资料同化方法出发 ,详细分析了它们的特点和今后四维资料同化方法在预报模式中的应用前景。     

四维资料同化方法的特点分析和发展趋势

与反任意分布的观测值通过空间和时间插值分析到网格点的方法相比较，利用动力关系分析问题，其优势性十分明显，在一个能提供时间连续和动力耦合的模式预报方程中，有机地结合现在和过去的资料，即众所周知的四维资料同化。从目前经常应用的四维资料同化方法出发，详细分析了它们的特点和今后四维资料同化方法在预报模式中的应用前景。     

国家气候中心全球海洋资料四维同化系统在热带太平洋的结果初步分析

介绍了国家气候中心(NCC)“全球海洋资料四维同化系统”(简称NCC-GODAS).该系统包含观测资料预处理系统、插值分析系统和所应用的动力模式.插值分析系统采用四维同化技术方案,在时间上设置一个4周的窗口,将此窗口之内的观测资料以一定的权重插入插值分析系统,在空间上采用三维变分方案.海洋动力模式为“九五”期间LASG研制的L30T63OGCM 1 0版本.文中考察了该系统从1982年到2003年3月在热带太平洋的部分同化分析结果,并与NCEP的再分析资料和EMC/NCEP的太平洋区域海洋资料同化系统的结果进行了对比分析.结果显示,该系统的同化结果(如SST,SSTA,Nino指数,次表层海温变化等)与NCEP的同期同化结果具有很好的一致性.同时,该系统得出的海洋同化资料气候场与海洋模式气候场相比,有显著的改进.表明该系统具有较好的同化能力,其同化结果可为海-气耦合模式进行季节和跨季节的气候预测业务提供可信的海洋初始场资料,同时还可以为相关研究提供海洋分析场.     

原始热通量资料的海陆分布对近海SST模拟的影响

对于海洋数值模式用以计算海表温度(SST)的热通量资料,本文在插值的过程中引入了1个权重因子f,以探讨由于原始资料和数值模式的分辨率以及相应的海陆分布的不同所导致的近海SST模拟误差。对于原始资料中坐标位于海洋的点,f_O=1.0;而对于坐标位于陆地的点,f_L～[0,1]。数值实验对比了渤海和北黄海的原始数据插值结果和SST模拟结果。通过对比数值模式和原始资料的海陆分布,发现在模拟海区有相当多的模式水点被原始资料的陆点半围绕,在这些点上的插值结果受f_L的取值影响较大。本文的对比数值实验表明,当f_L分别取0.5和1.0时,对SST的模拟差异在部分海域达到了O(0.1℃)的量级,与数值模式本身的误差量级相当,是海洋数值研究中应当给予重视的误差因素。     

用客观分析生成中国近海及邻近海域温度盐度格点数据集

利用LEVITUS方法对中国近海及邻近海域历史观测的温度和盐度资料进行客观分析,生成累年各月标准层1/2°×1/2°的格点数据集.文中选择给出一些深度标准层次上的平面等值线图.并用该方法分析船舶观测SST数据,将其分析结果应用于中国近海海表面温度短期数值预报的变分伴随资料同化试验中,表明资料的客观分析对海洋数值模拟和预报的重要性.     

1993—2016年中国近海海平面时空变化趋势

区域海平面变化是目前气候变化研究的热点问题.海平面变化具有时间和空间的异质性,分析海平面变化,应充分考虑时间和空间的差异.基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、最小二乘法,利用卫星高度计、验潮站数据,分析了1993—2016年间中国近海及周边海域海...     

基于舰船耐波性的中国近海海浪特征统计(英文)

海浪是影响舰船行进和结构设计的最核心的环境要素。海浪参数的统计分析是建立舰船环境适应性长期预测模型的基础。对1993-2011年沿海台站、浮标观测资料,高度计观测资料和船舶报观测资料进行双线性插值,给出了海浪波高的分析场。利用波高分析场对WAVEWATCHIII(WW3)模拟结果进行最优插值同化。给出了海浪统计玫瑰图、极端海浪统计参数和海浪累年二维极值海浪谱等与舰船耐波性有关的海浪统计参数,分析了中国近海的波浪特征。     

中国东部海域1999年5月和6月风、温、湿和能量收支月平均状态数值模拟研究

应用美国宇航局 (NASA)Goddard空间飞行中心 (GSFC)的地球观测系统(GEOS)资料四维同化系统 (DAS)模拟了 1 999年 5月和 6月中国东部海域月平均风速、温度和湿度场以及能量收支各项 .根据模拟计算结果分析了我国东部海域温度、湿度以及风矢量的月平均分布状态 .分析结果表明 ,黄海、东海海域近海面大气层于5月和 6月无论白天和夜间都有来自南方海域的暖湿空气的平流输送 .6月的平流输送比 5月更强 .能量收支的计算结果显示 ,5月和 6月白天海面净通量是从海面向海洋深处输送 ,夜间海面净通量是从海洋向大气输送     

利用卫星遥感海面温度、高度联合反演南海北部三维温度场

利用历史观测得到的温度剖面数据,通过严格筛选和插值,建立了南海北部的气候态垂向温度剖面。随后,利用回归统计分析的方法构建了海面温度异常(SSTA)、海面高度异常(SSHA)联合扩展温度剖面的经验回归模型,并采用卫星遥感得到的SST和SSH数据扩展了南海北部的三维海洋温度场,其时间分辨率为天,空间分辨率为0.25°×0.25°。通过与观测数据的对比研究,扩展得到的温度场可以较为准确地反映南海北部温度剖面的结构特征,并且能有效地体现出一些中尺度变化过程。结果表明,本研究反演得到的三维温度扩展场是较为可靠的,它可以作为海洋数值模型的初始场,实现现场观测数据和卫星遥感数据的互补,有助于更好地分析南海北部温度场的三维结构及变化特征。     

渤海南部沿岸水运移及渤黄海水体交换的季节变化

针对渤海及附近海区的曲折岸线变化以及水文资料时空分布不均匀性的特点,使用四维客观分析LOESS方法得到逐月气候态盐度场。结果表明:渤海南部沿岸水扩展和运移受季风影响显著。冬季沿岸水向渤海湾和莱州湾堆积,形成沿山东半岛龙口海岸东向爬行的水舌,该水舌在蓬莱水域向东扩展;夏季沿岸水向渤海中部冲溢,特别是在黄河口附近,其核心区厚度可达8 m,可扩展到119°30′E处,同时莱州湾内的沿岸水向湾内西部收缩。冬季渤海海峡呈现显著"北进南出"水交换态势;夏季渤海海峡定常流方式的水交换特征不明显。     

基于二维地震数据的宏观三维速度建模——以南海西北部海域为例

速度场在南海形成与演化、深部结构、沉积盆地分析和能源资源勘探过程中具有重要作用,以南海西北部为研究试点区,基于二维多道地震数据,在常规地震数据处理获得准确叠加速度的基础上,进行了均方根速度到层速度的转换,采用最小曲率插值算法,构建研究区的宏观三维速度模型,获得了良好的效果,初步建立了基于二维地震资料进行宏观三维速度建模的方法,为今后在南海全域开展宏观三维速度建模研究打下了坚实基础。     

基于环境包络线法的深水浮式平台极值响应长期预报

海上结构设计包括对荷载和响应的可靠性评估。对结构进行全面长期响应分析繁琐且费时,故将基于逆一阶可靠性方法的环境包络线进行海上结构概率可靠性分析,对结构的长期响应进行近似估计。在二维标准正态空间中画出与重现期相对应的圆,将圆离散为点后通过Rosenblatt变换转化为环境参数空间中的点来形成闭合的环境包络线。描述海洋环境条件的模型对绘制环境包络线极为重要,基于我国南海荔湾海域40年波浪模拟数据,建立了描述南海波浪的Weibull-Gev条件分布模型,进而绘制南海有效波高—谱峰周期包络线,并与张力腿平台(TLP)系泊张力的长期响应预报结果对比,给出南海海域在波浪作用下应用环境包络线法预报TLP系泊张力的分位数,为未来南海TLP设计中系泊张力预报提供快速估算方法。     

海上油田油套管数据库构建与智能推荐方法研究

海洋石油开发过程中面临着复杂多样的储层环境,对油套管的强度、密封性等性能提出了严格要求,合理选择适合的油套管对油气钻采至关重要。本文首先对渤海、东海、南海东部、南海西部海域进行了基础数据的收集,主要包括油田分布情况、油气藏特点;并进行双变量相关性分析,明确了海况参数与油套管技术参数的相关性。在此基础上,根据不同储层地质特点和差异建立了适用于各海域的海上油田油套管推荐体系;采用Django+MySQL为开发工具进行开发,形成一套基于Web前端的海上油田油套管数据库管理系统;最后通过渤海海域埕北油田M1井应用案例测试,获得合适的油套管推荐方案,验证了该海上油田油套管数据库的实用性。海上油田油套管管理系统的建立能够高效、科学的管理油套管的应用信息,有利于未来海上油田的开发。     

QuikSCAT卫星遥感风场可靠性分析及其揭示的中国近海风速分布

利用2000—2009年美国国家航空航天局(NASA)在中国近海海域(0°~45°N,105°~135°E)的QuikSCAT卫星遥感风场资料与近海测风塔(位于上海近海)、海上石油平台(位于东海和渤海)、岛屿站(南海珊瑚岛和西沙海边观测塔)的实测风场资料进行对比分析,检验了QuikSCAT卫星遥感风场资料在中国近海海域的可靠性。研究结果如下:各站点实测风速与站点位置以及站点附近的QuikSCAT卫星遥感风场资料相关系数均在0.7以上;QuikSCAT卫星遥感风场资料与海上石油平台的风速均方根误差较小(约1.5 m/s);其年均值均大于实测值,差值范围是0.1~1.3 m/s;其Weibull形状参数K与海上石油平台以及近海测风塔的K值较为接近,表明QuikSCAT卫星遥感风场资料各风速段的频次分布形态与观测站的实测值基本吻合,QuikSCAT卫星遥感风场资料能基本合理地反映出中国近海风速的分布状况。利用QuikSCAT卫星遥感风场资料分析了中国近海及其邻近水域风速的空间分布特征:(1)台湾海峡是中国近海风速最大的区域,从台湾海峡向东北至日本海,往西南至南海北部115°E附近和巴林塘海峡为风速的次大值区;(2)28°N到长江入海口的东海海域年均风速为7.0~7.5 m/s,在黄海和渤海为5.5~7.0 m/s,在南海北部自东向西由8.5 m/s递减为6.0 m/s,北部湾最大风速区位于东方附近海域。     

基于四维变分同化方法的南海中尺度涡后报实验

海洋中尺度涡在本质上是属于满足准地转平衡的大尺度运动,因此理论上,其在短时间内的运动将主要受到准地转平衡关系的约束,而外部强迫场的影响在短期内不会明显改变其运动特征。基于上述思想,我们提出了一种基于四维变分同化初始场的中尺度涡旋预报方案。为了检验该方案的可行性,本文使用区域海洋模式(regional ocean modeling system, ROMS)和其内建的增量强约束四维变分同化(incremental strong constraint four dimensional variational, I4D-Var)模块,建立了一个南海海洋同化模拟系统。首先,通过I4D-Var方法将AVISO卫星高度计资料同化到海洋数值模拟中,获得了理想的中尺度涡同化模拟结果。同化、模式模拟和观测三者的中尺度涡统计结果表明,该同化系统模拟的南海中尺度涡的路径、半径、海表高度异常和振幅等特征信息与AVISO(Archiving ValidationandInterpolationofSatelliteOceanographicData)观测结果高度吻合,同时在深度上的分析表明,涡旋对应的温度、盐度和密度均得到有效的调整。然后,将该同化系统的模拟结果做为初始场,对某一特定时段的南海中尺度涡进行了后报模拟和结果的定量化分析。通过比较后报模拟与观测资料中对应涡旋的海表面高度异常(sea surface height anomalies, SSHA)相关系数、涡心差距和半径绝对误差,证明该方案的中尺度涡后报时效至少可达10 d以上。后报实验结果验证了该中尺度涡预报方案的可行性,从而为中尺度涡的预报提供一定的理论基础和可行性方案。     

协同克里格方法在东海表面温度场数据插值中的应用

首次将协同克里格方法引入到海洋水文插值计算中处理东海实验区2008-01—2008-03三个月抽稀后的月平均海表面温场数据。将温场数据分为趋势分量和剩余分量,最终采用两分量的估计值之和实现海表面温场数据的格网插值估计。结果表明：协同克里格方法比传统方法（趋势分析、移动平均、普通克里格插值）效果好。提出变差函数局部拟合的...     

基于时空四维多尺度分析方法的卫星遥感和现场观测联合同化研究

充分融合使用卫星遥感与现场观测信息,构建高质量的水下温盐场是海洋科学研究发展的前沿课题。目前,绝大多数同化系统使用的同化方案,均需要假设要素在海表与水下存在某种人为预先设定的关系,从而导致得到的温盐分析场人为性较强,不能完全客观地反映真实的海洋状态。本研究提出了一种不做任何关系假设,仅依靠不同种类的观测资料在时间和空间上的相互补充作用,融合卫星遥感与现场观测资料,进行时空四维多尺度分析的方案。通过与分别单独同化这两类观测资料的试验结果相比,该方案既可以得到较精准的温盐剖面结构特征,又能够反映出海面中尺度变化的细节信息,最大化地提取了观测资料中的多尺度信息,实现了“1 + 1 > 2”的效果,构建了完全客观的温盐分析场。研究结果还表明,同化卫星遥感海表面盐度资料可以有效改善温度和盐度的分析,证明了海表面盐度观测在温盐同化中的重要性。     

基于GIS的南海海温时空过程分析研究

海温是海洋环境影响因子之一,对于海洋生态环境、海水养殖业等尤为重要。本文以Argo数据提取的南海海洋温度场数据为例,结合GIS(GeographicInformationSystem)技术,研究南海海温点过程、面过程可视化表达的方法。利用GIS作为可视化框架提供南海海温场的可视化显示,包括放大、缩小和拖动等基本功能,绘制多种形式的数值图像并进行空间分析,包括海温数据曲线绘制、海温值查询、空间插值、等值线等。基于Argo数据可视化表达的结果,从南海海温年变化、随纬度的变化、垂向变化、季节分布特征四方面对南海的海温时空特征进行了分析,结果表明:(1)南海海表温度高温的持续时间比较长,升温过程比降温过程相对要短一些;(2)随着纬度的降低,温度整体升高,温度的年变化幅度越来越小。夏秋两季随着纬度的变化,温度变化不大,春冬两季的温度变化较大;(3)在0~30 m温度变化很小,在深度为30m处温度开始逐渐下降,到达500m以下,海温一年四季都比较接近;(4)冬季海温总体最低,夏季海温总体最高。冬季和秋季,在南海西南方向等值线呈现西北—东南向,等值线比较密集。海温的时空变化研究可以对海洋温跃层、海洋温度锋,海水不同层次的结构的研究提供一定参考。