基于机器学习方法对台风浪短期预报应用

基于第三代海浪模型SWAN建立中国东海波浪数值模型,模拟1509号“灿鸿”台风,1909号“利奇马”台风和2106号“烟花”台风过境期间的波浪场,并将结果作为多层感知机,随机森林和支持向量回归预报台风浪模型的数据集,同时引入空间性特征对算法输入进行改进,并对比不同模型的训练速度。结果显示,加入空间性特征后,模型预报精度得到提升,其中多层感知机均方根误差降低40.4%,运行速度最快,随机森林均方根误差降低20.8%,运行速度最慢,支持向量回归均方根误差降低8.7%,运行速度介于前两者之间。表明改进后的模型有效提高了预报精度,可以用于针对台风浪的短期预报。     

近岸浪-风暴潮耦合模型在天津沿海的应用

为了精细化描述天津沿海台风天气下近岸浪和风暴潮特征,基于非结构三角网格,建立近岸浪与风暴潮的耦合模型,其中台风风场采用藤田台风模型,近岸浪采用SWAN波浪模型,风暴潮采用ADCIRC模型。通过对几次典型台风暴潮数值模拟的验证,耦合模型对风速、有效波高和增水的计算结果与实际观测资料符合性均较好,能够很好地反映台风过程中天津沿海近岸浪和风暴潮特征,可以为天津的防灾减灾工作提供科学依据。     

台风浪模拟预报中的风场比较研究

在对模拟台风浪时海浪模式常用的经验模型风场和多重嵌套中尺度气象数值模式风场的结构和时间演变特征进行对比分析的基础上,分别采用这两种风场资料,应用最新版本的第三代海浪模式SWAN对Winnie(1997)引起的台风浪进行了模拟,将模拟的有效波高与TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星高度计资料作了详细的对比分析。结果表明,经验模型风场对实际台风风场的刻画存在诸多缺陷,这些缺陷对于台风浪的准确模拟产生了不可忽视的影响,采用模式风场试验的模拟效果优于采用模型风场的试验。论文提出了在运用海浪模式模拟台风浪时用数值模式模拟风场替代经验模型风场的必要性。     

1979-2018年间山东半岛沿海台风浪危险性分布的数值模拟研究

台风浪灾害在山东半岛沿海时常发生,对人类生命财产和基础设施构成很大威胁,因此,对山东半岛海域台风浪的危险性分析具有重要的现实意义。本研究使用ADCIRC+SWAN耦合数值模式采用Holland模型风场与NCEP再分析风场组合的风场驱动,对1979—2018年36次台风过境期间的海浪过程进行了模拟。以台风过境时最大有效波高及历时频数作为危险性评价指标,给出了山东半岛近岸台风浪强度等级分布、历时频数分布以及危险性指数分布。研究结果显示,山东半岛北部为台风浪低危险区,台风浪强度等级低且历时短;南部二级强度（有效波高范围为1.3—2.5m）以上台风浪发生较为频繁,危险性高于北部;东部台风浪强度可以达到四级（有效波高4m以上）,危险性最高。     

厦门湾台风浪场数值模拟

利用国际上先进的第3代海浪模式SWAN,充分考虑风能量输入、白浪效应、水深诱导的波浪破碎、底摩擦、波一波间的非线性相互作用等物理过程,以0604号“碧利斯”台风为例,模拟了厦门湾台风浪场的分布特征。将数值模拟结果与浮标测站实测资料对比分析,结果表明台风浪高模拟值与实际台风资料相符较好,可以为该海域台风浪的模拟提供较好的参考。     

1105号台风“米雷”台风浪模拟研究

以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场驱动目前国际先进的第三代近岸海浪模式SWAN (Simulating WAves Nearshore),对1105号台风“米雷”造成的台风浪进行数值模拟,基于浮标观测资料,验证了模拟数据的有效性,并对台风浪场的分布特征进行分析.结果表明:(1)以CCMP风场驱动SWAN模式,可以较好地模拟“米雷”所形成的台风浪场;(2)模拟的有效波高(SWH——Significant Wave Height)与浮标观测SWH在波高变化的走势上具有很好的一致性,模拟数据的走势则较为平缓,观测数据跳跃较为明显,模拟的SWH具有较高精度,仅在数值上略低于观测SWH; (3) SWAN模式对“米雷”所形成的台风近中心大浪区、台风眼、台风尾迹等方面进行了较好地刻画.     

基于台风风场模型的台风浪数值模拟

以CCMP风场资料为背景风场,结合藤田风场模型、Myers风场模型、Jelesnianski风场模型、Holland风场模型,分别构建全新的海面风场.基于非结构三角网格,采用第三代近岸海浪模式SWAN对2011年第5号强热带风暴“米雷”产生的台风浪进行数值模拟.比较SWAN模式模拟的结果和浮标实测数据,发现风场模型能够有效提高台风中心附近3至5倍台风最大风速半径范围内风场和台风浪有效波高的模拟精度.对比4种风场模型对应的台风浪模拟结果,发现Holland风场模型模拟的有效波高与浮标实测值最接近.     

SWAN 模式中谱空间离散方案对台风浪模拟的影响研究

分别设计 3 种频率范围和 8 种方向间隔共 24 种谱空间离散方案,采用 SWAN 海浪模式对 Winnie ( 1997 ) 台风浪进行了数值模拟,并利用 Topex/Poseidon 卫星高度计观测的有效波高对各种方案的模拟结果进行对比分析,讨论了不同谱空间离散方案对台风浪模拟的影响.结果表明,频率范围相同的情况下,有效波高的模拟误差基本上随着方向间隔减小而减小,模拟结果对方向间隔分辨率比较敏感.方向间隔相同的情况下,SWAN 模式默认频率范围 ( 0.04 ～ 1.0 Hz ) 模拟效果是所选择的 3 种频率范围中最差的,但不同频率范围模拟结果差别并不十分明显.方向间隔和频率范围存在相互匹配问题,当两者不匹配时会增大模拟误差.     

应用特征波预报公式进行台风浪计算的一个根本缺陷

Wilson方法和井岛方法均是移动风区上著名的波浪推算方法,被广泛应用于台风波浪的推算和预报上。本文通过分析指出:使用上述方法以海洋工程界所推行的风浪预报公式作台风浪推算时,所得特征波波陡将与台风浪实测波陡分布定性不符,并指出产生这种缺陷的原因。     

近岸海浪模式在中国东海台风浪模拟中的应用--数值模拟及物理过程研究

较为详细地介绍了基于能量平衡方程的第三代近岸海浪数值模式SWAN（Simulation Waves Nearshore）及其包含的物理过程（风生浪、底摩擦、白浪耗散、深度诱导波破碎、非线性波－波相作用等），并利用该模式对影响杭州湾－长江口沿岸海域的一次台风浪过程进行了模拟研究：模式所需风场由藤田台风风场模型嵌入对应台风特征等压线，并对相应时段的NCAR／NCEPT资料、单站资料进行同化后提供；利用自嵌套的方式提供波谱边界条件；模式模拟的结果与实际海浪观测资料相符较好，在此基础上，研究了底摩擦、深度诱导波破碎、三波相互作用等物理过程联合对近岸台风浪的影响，初步认识了它们在近岸台风浪生成、传播过程中的重要作用。     

海南岛东北部海岸极端波浪事件沉积记录

建立长时间尺度台风序列对于预测未来超强台风的活动规律具有重要科学和实践意义。历史上影响海南岛地区的台风十分频繁,但因缺少确切而详实的记载往往无法判断其是否为超强台风,因此迫切需要寻找千百年尺度的超强台风沉积记录。本文对海南岛东北部翁田镇沿海地区进行详细野外调查,选定白石堡海岸沙丘剖面为研究对象,在该沙丘剖面中识别出风暴越岸沉积和海滩岩巨砾沉积。根据沉积学分析和动力过程分析,这两种类型沉积极有可能是由历史上的台风事件形成,形成年代可能达到距今3 400 a;将该沉积层中的海滩岩巨砾与台风"威马逊"搬运的最大海滩岩巨砾进行对比,发现形成该沉积层海滩岩巨砾的台风事件强度应比台风"威马逊"更强,表明该区域历史上超强台风的存在,这对建立千百年尺度的台风序列有很重要的意义。同时,研究区岸外珊瑚岸礁发育良好,动力分析表明礁坪宽度对于波浪消减、海岸防护具有显著作用。然而,随着海南岛珊瑚岸礁日益衰亡、风暴强度逐渐加大和海面持续上升,未来海南岛地区的海岸极端风浪危害和海岸侵蚀形式威胁正日益加大,亟待加强海南岛珊瑚岸礁保护。     

基于风暴水流能量分布对海南岛小东海珊瑚巨砾成因的分析

波致水流的能量差异有助于风暴和海啸巨砾的区分。本文基于这一思路, 进行风暴波浪和波致水流的能量分析, 给出海岸珊瑚巨砾在风暴潮期间以推移质方式输运的动力学过程表达, 推算出风暴巨砾的理论输运距离。结合海南岛极端事件历史记录, 得出海南岛小东海风暴巨砾在礁坪的分布格局, 并与该海区的巨砾实际分布进行对比。结果表明, 小东海风暴巨砾分布与巨砾的质量、形状及风暴潮能量密切相关。研究区现场观测的大部分巨砾沉积分布符合风暴巨砾的理论空间分布格局, 因而判断其为风暴潮成因堆积。未来经过模拟假设条件的完善, 并构建相应海啸水流输运模式, 可形成用以区分风暴、海啸巨砾的完整判据。     

海南东方近岸海域海浪观测特征研究

利用海南东方近岸海域2014年至2015年间一整年的海浪观测资料, 分析了海浪的时间变化特征。观测时间段内, 有效波高最大值为4.03m, 平均值0.79m; 平均周期最大值为6.32s, 平均值为3.58s。该海域冬季波高较大, 秋季最小, 常浪向为SSW方向, 强浪向为WSW向。基于该长期观测数据, 文章亦研究了平均周期、有效波高之间的关系, 同时还确立了该海域波高与平均持续时间之间的关系。最后讨论了观测时间段内波浪能流密度的变化特征, 发现一年中能流密度大于2kW·m^-1的频率为26%, 且从全年的计算结果来看, 观测位置处12月的波浪能较适宜开发, 但总体波浪能资源不够丰富。文章对于认识海南东方近岸海域波浪特征以及工程设计都具有重要的意义。     

海南岛南渡江三角洲的废弃与侵蚀

讨论了海南岛南渡江三角洲由发展到废弃的演化过程,分析了不同废弃阶段的河口平面形态由东向西变化等特征,对比活动三角洲与废弃三角洲的显着地貌差异.此外还讨论了活动三角洲前缘潮流在岸外较深水区的侵蚀作用和泥沙的向东搬运,以及波浪在近岸较浅水区的侵蚀作用和泥沙的向西和向岸的搬运.     

海南西北部近岸海域浮游动物群落结构

为探讨海南西北部近岸海域浮游动物群落结构,根据2016年11月(秋季)、2017年2月(冬季)、2017年5月(春季)和2017年8月(夏季) 4个季节的浮游动物调查数据,对该海域浮游动物的种类组成、优势种及其生态类群、丰度和生物量进行了分析。结果表明:4个季节共鉴定浮游动物7门113属215种(含未定种),秋季最多(134种),冬季(113种)和春季(111种)较为接近,夏季(94种)最少,各季节均以桡足类和水螅水母类占优势。浮游动物种类的空间分布上,秋季和冬季整体呈现近岸和远岸较中间高,而春季和夏季由近岸到远岸呈逐渐增加的变化趋势。浮游动物种类随季节变动不大,但优势种更替较为明显,仅亚强次真哲水蚤(Subeucalanus subcrassus)和肥胖箭虫(Sagitta enflata)为4个季节共有优势种。优势种生态类群主要可分为暖温种、广温广盐种、近岸暖水种、热带暖水种及暖水广布种。浮游动物丰度均值秋季(124. 75 ind./m3)与冬季(152. 43ind./m3)相近,春季(64. 76 ind./m3)和夏季(74. 44 ind./m3)相近,春季、夏季的丰度均值要明显低于秋季、冬季,平面分布上秋季和冬季呈现近岸高远岸低,但不同的是水深在大于20 m以上的海域,冬季平均丰度要稍高于秋季,而春季和夏季呈现近岸低远岸高的变化特点。浮游动物生物量冬季(263. 68 mg/m3)最高,秋季(147. 38 mg/m3)次之,春季(59. 13 mg/m3)和夏季(61. 45 mg/m3)相近,平面分布上与丰度分布趋势相似。     

海南岛近岸海域鱼类群落结构研究

根据2006—2007年在海南岛近岸区进行了4个航次的底拖网调查资料,分析了海南岛近岸区的鱼类种类组成和群落特征。结果显示,海南岛近岸区鱼类丰富,共捕获283种,隶属于21目100科170属,暖水性种占83.4%,暖温性种类16.6%;与大西洋、印度洋和太平洋的共有种分别为12种、173种、283种,与黄渤海、东海、日本、菲律宾和印度尼西亚的共种分别为75种、217种、186种、131种和151种;相对资源量指数与相对资源密度指数的季节变化趋势相一致,最高值在夏季,最低值在冬季;优势种(IRI≥500)为发光鲷(Acropoma japonicum)、斑鳍天竺鱼(Apogonichthys carinatus)、黄斑鲾(Leiognathus bindus)、皮氏叫姑鱼(Johnius belengeri)、大头白姑鱼(Argyrosomus macrocephalus)、鯻(Therapon thraps)、棕斑腹刺魨(Gastrophysus spadiceus)和麦氏犀鳕(Bregmaceros macclellandi)。     

海南岛风暴潮灾害承灾体初步分析

本文分析海南岛沿岸易受风暴潮灾害侵袭的区域,归纳了8类承灾体及承灾体所处高程与所淹水深的关系,以0518号台风引发的风暴潮灾害调查结果进行统计和比较,得出承灾能力最弱的系统因素是海水养殖业的结论。     

Diversity and distribution of bacterioplankton in the coastal upwelling waters off Hainan Island,China

The diversity, community composition and 16 S rRNA gene abundance of bacterioplankton along a transect across an upwelling area off the eastern coast of Hainan Island（the Qiongdong upwelling） were investigated in August of 2016 using high throughput sequencing and quantitative PCR assay of 16 S rRNA genes. Compared with the offshore stations, the inner-shelf stations had higher bacterial gene abundance（up to 3 fold） and operational taxonomic unit richness, a result of the influence of upwelled a...     

海南岛周边浅海砂矿资源潜力浅析

海南岛拥有全国最为丰富的滨海锆钛砂矿资源,然而,随着长期大规模矿产的开发,陆域滨海砂矿资源已日渐枯竭。海南岛四面环海,海岸线漫长,多为砂质海岸,沙滩宽广,特别有利于海洋砂矿的形成。本文总结了近年来海南岛周边浅海砂矿资源勘查现状和勘查成果,分析了区内砂矿的地质特征,从物源、气候与水动力条件、海岸类型与地貌类型、第四纪沉积作用和海平面变化等5个方面综合分析砂矿的成矿条件,阐述了浅海砂矿的成矿控制因素。在此基础上,结合历史调查资料,从成矿的有利因素进行系统分析,认为万宁市东澳南后海至田头港一带、东方感城至乐东莺歌海一带、文昌铺前湾至景心角一带和临高马袅至东英一带等4个浅海区具有较好的砂矿资源潜力,它们可作为今后该区砂矿勘查的重要靶区。     

海南岛近海表层沉积物分散元素的富集特征与污染评价

对海南岛周边海域表层沉积物中7种分散元素镓(Ga)、锗(Ge)、铷(Rb)、铊(Tl)、镉(Cd)、碲(Te)和硒(Se)的分布与富集特征,及其与沉积物粒度、总有机碳和有机氮的相关性进行了较系统的分析,并分别利用内梅罗综合指数法和污染负荷指数法对这些元素的污染情况进行了初步评价。结果表明,分散元素的富集与沉积物粒度、有机碳和有机氮的含量有密切关系,除Te外,其它6种分散元素均表现出在粉砂或黏土质,以及有机碳和有机氮含量高的沉积物中趋于富集;沉积物的分散元素污染总体上呈轻微程度,但在局部海域(如海南岛西北部、西部、东南部近海海域以及陵水和三亚段海域)接近中等污染程度,说明这些区域受人类活动的影响较大,应引起海洋环境保护主管部门的重视。