基于两种机器学习方法分析东海北部海域三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)时空分布

为了解东海北部海域三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)资源时空分布规律,探索更适合三疣梭子蟹资源量预测的模型方法,根据2006—2007年共四个季度在东海北部海域的底拖网调查数据,运用梯度提升回归树(gradientboostingregressiontree,GBRT)和支持向量机(supportvector machine,SVM)这两种机器学习方法,分析了三疣梭子蟹时空分布与环境因子之间的关系,同时使用方差解释率(VE)、相对均方根误差(RMSE)以及决定系数R2等指标对不同模型的拟合效果、预测性能以及稳定性等进行了比较,选择其中最佳模型对东海北部海域三疣梭子蟹资源分布进行预测。结果显示, GBRT模型的拟合效果相对优于SVM模型,两种模型的拟合结果均显示底层海水盐度(SBS)为影响三疣梭子蟹资源分布最为显著的环境因子。GBRT模型的预测性能较高且模型较为稳定,其预测结果显示夏季的资源量高于其他三个季节,且各季节所研究海域的东南部均存在一个资源分布的低值区。研究结果预期可为三疣梭子蟹资源分布及资源量预测新方法的探索和分析提供技术指导。     

舟山渔场及邻近海域蟹类种类组成和时空分布

根据2006年8月、2007年1月、5月和11月4个季节在舟山渔场及邻近海域(29°30′N—32°00′N,127°E以西)开展海洋生态系统综合调查时所获得的蟹类调查资料,以渔获率作为蟹类数量指标分析该海域蟹类资源状况,包括种类组成、数量分布和时空变化。结果表明,本次舟山渔场及邻近海域调查共得蟹类种类43种,隶属于10科、21属。优势种类为细点圆趾蟹、双斑蟳、三疣梭子蟹、日本蟳、红星梭子蟹、红线黎明蟹,以上6种蟹类占蟹类总渔获量的94.58%。本次调查与20世纪90年代末在东海大陆架海域的蟹类资源调查结果相比,蟹类种类组成和优势种变化不大。从蟹类渔获率来看,秋季以舟山渔场最高,夏季以江外渔场最高,蟹类资源密集区主要位于长江口渔场和舟山渔场北部。     

基于集成学习的海岸带变化检测方法研究

随着我国自主研发卫星组网的不断完善,利用遥感变化检测技术进行海岸带变化检测成为海岸带监测的重要手段。针对沿海地区的变化信息提取,文章首先利用多特征构建差异影像,在此基础上采用两种集成学习方式:随机森林（Random Forest）和极端梯度提升（XGBoost）,进行试验区的变化检测,并与传统的机器学习SVM、经典的变化检测方法CVA和IR-MAD进行对比,结果表明集成学习进行变化信息提取效率远超其余方式,且XGBoost在变化信息提取精度方面具有一定优势。研究成果对海岸带及海域使用开展自动化变化监测和海岸带监督管理具有重要意义。     

一种改进的VMD-XGBoost验潮站月海面高序列预测模型

海平面不断上升威胁人类的生命安全,高精度的海平面预测对人类预防水文灾害具有重要意义。现有的预测方法因验潮站数据为单一时间序列而难以进行高精度预测。针对此问题,提出一种融合变分模态分解(VMD)和极度梯度提升算法(XGBoost)的变分模态分解-极度梯度提升预测模型,简称VMD-XGBoost模型。与XGBoost模型、卷积神经网络与长短期记忆神经网络混合模型(CNN-LSTM)、变分模态-卷积神经网络与长短期记忆神经网络混合模型(VMD-CNN-LSTM)对比,对荷兰沿岸海平面验潮站时间序列进行预测。验潮站预测结果分析表明：相较于XGBoost模型,VMD-XGBoost模型预测结果的均方根误差平均降低65.43%,平均绝对误差平均降低63.79%,平均绝对百分比误差平均降低63.44%,且相较于VMD-CNN-LSTM模型,VMD-XGBoost模型在验潮站海面高序列预测上具有更高预测精度,可实现高精度验潮站时间序列预测。     

东海大陆架海域经济蟹类种类组成和数量分布

根据1998年5月、8月、11月和1999年2月东海区虾蟹类资源调查结果,用重量资源密度作为经济蟹类数量分布的数量指标,对东海区经济蟹类的种类组成、数量分布、季节变化趋势以及数量与环境的关系作了定量分析。结果表明,在东海调查海区,经济蟹类主要有细点圆趾蟹Ovalipes punctatus、三疣梭子蟹Portunus trituberculatus、日本蟳Charybdis japonica、锈斑蟳Charybdis feriatus、武士蟳Charybdis miles、光掌蟳Charybdis riversandersoni和红星梭子蟹Portunus sanguinolentus等。经济蟹类渔获量约占蟹类总渔获量的62.8%,渔获量的季节变化明显,年间有二个汛期,一个出现在春夏季,以细点圆趾蟹为主要捕捞对象,兼捕光掌蟳、日本蟳等,渔场的主体分布在东海北部近海,渔场范围较小,蟹群集中,是捕捞生产条件较为理想的渔场;另一个出现在秋冬季,以三疣梭子蟹为主要捕捞对象,兼捕武士蟳、日本蟳、锈斑蟳、红星梭子蟹等。高生物量分布区主要出现在长江口、大沙、舟山渔场20—60m水深海域,是东海三疣梭子蟹和日本蟳的主要渔场,该渔场也是捕捞条件较为理想的渔场。在长江口以南的东海南部海域也有经济蟹类的较高生物量分布区,是武士蟳和锈斑蟳的渔场,该渔场具有范围较大,蟹群较分散的特征,所捕捞的品种往往只能作为兼捕对象。     

福建海区拥剑梭子蟹、红星梭子蟹和锈斑鲟的食性与营养级研究

本文主要研究福建海区拥剑梭子蟹、红星梭子蟹和锈斑鲟3种经济蟹类的食性与营养级。结果表明，3种蟹类胃饱满系数呈现明显的季节变化，拥剑梭子蟹、红星梭子蟹和锈斑鲟胃饱满系数高峰分别出现在秋季、春季和冬季；3种蟹类皆为摄食混合饵料的动物，甲壳类和鱼类是它们的主要食物，其食性的生态类型较为接近，拥剑梭子蟹、红星梭子蟹属较典型的底栖生物食性类型，而锈斑鲟的食性相对较杂，其混合饵料的营养级分别为2.38、2.59和2.60，均处于第三营养层次(低级肉食性动物),3种蟹类之间的食物的重叠指数均超过0．7，它们的食物重叠显著，对该海域的甲壳动物(主要是长尾类和短尾类)、鱼类、珊瑚虫、腹足类、底栖藻类等饵料资源存在激烈的竞争。     

4种遥感水深反演机器学习模型的比较

为探究不同遥感水深反演机器学习模型的差异,以WorldView-2高分辨率多光谱影像与实测水深数据为数据源,应用BP神经网络模型、随机森林模型、梯度提升决策树模型及支持向量机模型开展水深反演实验,对4种水深反演模型的精度进行比较与评价。实验结果表明：机器学习模型反演水深,具有一定精度,平均相对误差(MRE)可优于20%。4种模型中,同为集成学习模型的随机森林模型与梯度提升决策树模型在两个实验区域,反演水深的RMSE值、MRE值与R2值明显优于BP神经网络模型和支持向量机模型,具有更好的浅水水深反演效果和适用性。     

东海北部三疣梭子蟹资源评估与管理决策分析

三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)是中国东海北部海域重要的经济蟹类,对三疣梭子蟹资源开展评估是其可持续利用的基础。本文运用基于贝叶斯方法的Schaefer剩余产量模型,对东海北部海域的三疣梭子蟹资源进行评估,确定了当前三疣梭子蟹资源的开发利用状态,估算了在不同收获率水平下未来10年三疣梭子蟹的生物量和年总可捕捞量,分析了管理策略实施后三疣梭子蟹资源崩溃的风险。研究显示,在基准方案和敏感性分析方案下模型参数预测值以及生物学参考点估计值比较相近。使用两种方案估算得到的最大可持续产量(MSY)均约为24×10⁴ t, MSY对应的生物量B_MSY均约为252×10⁴ t。在基准方案下,MSY对应的捕捞死亡系数F_MSY为0.096;在敏感性分析方案下,MSY对应的捕捞死系数F_MSY为0.097。在2001—2020年间,捕捞死亡系数均低于F_MSY,且生物量基本在B_MSY水平之上,表明近年来三疣梭子蟹未出现过度捕捞的情...     

能量最优下的铱星时序信号分析预测

铱星作为低轨道卫星,传输速率快,信息损耗率小,是大范围应用于海洋研究的通信卫星,其信号质量的可靠性对铱星通信终端的数据发送及能量利用率有重要影响,故对铱星信号的监测和分析至关重要。本文在有效监测铱星信号的基础上,使用滑动窗口算法对时序信号质量做总体评估,从而方便对数据进行预处理。并利用极端梯度提升算法(eXtreme Gradient Boosting, XGBoost)的学习预测功能对信号进行分类预测,判断信号是否存在干扰以择优数据发送方案。提高铱星通信终端能量的利用率,减少数据发送的丢失率。研究结果表明:预测模型AUC(Area Under the Curve of ROC)面积为0.74～0.78;预测精确率为0.76～0.82;该预测模型可有效实现铱星通信终端设备的能量优化。     

厦门海域蟹类资源的变化

本研究依据2006—2007年与2016—2017年各个季节在厦门海域采样获得的蟹类样品数据,对比分析了其种类组成、资源密度及其多样性指数。结果表明：厦门海域蟹类的种类组成有较大变化,种类更替率为55.32%,伴随着在两次调查中扇蟹科、方蟹科和关公蟹科等物种的新出现及梭子蟹科和长脚蟹科物种的消失,同时蟹类丰度(d)有所减少;均匀度(J)、种类多样性指数(H′)和资源密度变化较小;蟹类的群落结构变得更单一,容易遭到破坏;研究期间拟穴青蟹(Scylla paramamosain)资源出现一定程度的恢复,蟹类资源的平均个体质量有所增加,其中秋季蟹类个数密度增长较为明显。本研究建议在保证严格禁渔等管理的同时,加强对其海洋栖息地的管理和恢复。     

基于重力梯度的潜艇探测方法研究

提出了一种基于重力梯度探测潜艇的新方法。借助计算机代数系统Mathematica,计算了模拟潜艇在不同位置产生的重力垂直梯度,分析了其变化情况,结果表明如果现有的重力梯度仪精度为10-4E,即使下潜深度达300m,在海面上100m范围内也能够探测到;当重力梯度仪的精度达到或超过10-6E时,可在海面上1000m范围内实现探测。     

Macrofaunal communities in the habitats of intertidal marshes along the salinity gradient of the Schelde estuary

The macrobenthos is important in benthic remineralization processes; it represents a trophic link and is also often used as a bio-indicator in monitoring programs. Variations of the environmental parameters strongly influence the structure of the macrobenthic communities in the marshes and since macrobenthos is the most important food item for marsh-visiting fish species in the Schelde, the variation in food resources can have a strong effect on the higher trophic level. The present study deals with the variation in macrobenthic communities in different habitats of intertidal marshes along the salinity gradient and the differences between the marsh creeks and the intertidal part of the estuary. The study measured density and species richness together with the biomass, and sampled a large intertidal channel and a smaller creek within five marshes along the salinity gradient of the Schelde estuary every six weeks between May and October in 2000.     

磁场梯度对Hall推力器放电特性影响的实验研究

为进一步探索Hall推力器通道内磁场优化设计理论,通过实验分析了强场区磁场梯度对推进剂的电离与加速等放电过程的影响. 研究发现,在本实验设计的磁场梯度范围内,磁场梯度大小对推进剂的电离过程影响较小,但是对离子流的加速特性会产生较为明显的影响.随着磁场梯度的增加,离子束的能量分布会趋于集中,推力器效率提高. 最后,对磁场轴向梯度进一步变大可能会引起的一系列物理问题如有限Larmor半径效应、电子传导机理转变规律和梯度漂移效应等进行了分析和思考.     

南北向压强梯度力与太平洋赤道潜流的关系

赤道潜流（the Equatorial Undercurrent： EUC）对于大洋环流和全球气候变化有着重要的作用。赤道海区,随着科氏力逐渐趋向于0,地转平衡无法维持,赤道流系无法用地转理论描述。在很多研究中,ENSO、温跃层、海表高度、赤道风应力分布以及其他相关海气要素成为潜流研究的重点要素;压强可以视为温、盐、密、深的复杂关系映射,然而较少有研究将关注重点放在南北向压强梯度力上（the Northward Pressure Gradient： NGT）。在此,本文揭示了南北向压强梯度力的特定函数形式（the Function of Northward Pressure gradient： FNP）与赤道潜流的一个诊断关系。基于原始方程和尺度分析方法,我们得出了该关系的表达形式。结果表明：贝塔效应可能是造成FNP与赤道潜流密切相关的重要影响因子;赤道潜流的垂向结构部分受限于FNP的结构分布;对于赤道潜流来说,南北向压强梯度力相较于东西向压强梯度力更为重要。     

降低水平压力梯度误差的方法比较

由于坐标变换的关系,σ坐标海洋模式在处理陡峭地形时会产生较大的水平压力梯度误差.为减少水平压力梯度误差,前人提出了一系列改进的方法,这些方法可分为减去平均密度法、平滑地形法、网格变换法和水平压力梯度计算方程变换法4类.水平压力梯度计算方程变换法又可分为密度雅克比法、高阶精度法、有限体积法和转换到z坐标下计算水平压力梯度法.利用POM模式模拟理想海山来比较标准密度雅克比法、线性插值到z坐标法、四阶精度插值法、三次方多项式拟合法和权重密度雅克比法在计算水平压力梯度中出现的误差.模式初始时垂向分成,水平均匀,外模时间步长为12 s,内模时间步长为360 s,计算时间为360 d.从最大流速误差的结果可以看出,标准密度雅克比法得到的最大流速误差为0.45 m/s左右;线性插值到z坐标法得到的最大流速误差达到0.7 m/s;四阶精度方法计算得到的最大流速误差为0.3 m/s;权重密度雅克比方法和三次方多项式拟合法计算得到的最大流速误差相差不大,都只有0.2 m/s左右.标准密度雅克比法计算得到的单位质量平均动能最大,为9×10-4 m2/s2;四阶精度方法和线性插值到z坐标方法计算得到的单位质量平均动能差不多,为3×10-4 m2/s2;三次方多项式拟合法计算得到的单位质量平均动能为1.9×10-4 m2/s2;权重密度雅克比方法计算得到的单位质量平均动能最小,仅为1×10-4 m2/s2.标准密度雅克比法的计算耗时最短,为294 min;与其相比,三次方多项式拟合法的计算耗时增加了5.9%;权重密度雅克比法的计算耗时增加了8.8%;四阶精度插值法的计算耗时增加了23.6%.线性插值到z坐标法的计算耗时最长,需要384.5 min,相对于标准密度雅克比法的计算耗时增加了30.6%.因此,综合最大流速误差、平均动能和计算耗时的结果可知,线性插值到z坐标法的计算结果相对较差,采用权重密度雅克比法能较好地降低水平压力梯度误差.     

Spatial distribution and community structure of phytoplankton,ciliates and zooplankton coupled to environmental factors in the Sousse saltern (Sahel of Tunisia)

The composition and distribution of the main planktonic halophilic microorganisms were studied in 12 ponds of different salinity levels, ranging from 38 to 328, in the saltern of Sousse, Tunisia, in relation to environmental factors. Nutrient concentrations increased with decreasing salinity in the ponds. Phytoplankton, ciliate and zooplankton communities were very diverse and varied spatially in relation to salinity in the ponds and to nutrient availability. Phytoplankton were dominated by diatoms, followed by dinoflagellates, in primary ponds where salinities were <100, and by the Chlorophyceae and Cyanophyceae in ponds with higher salinity. Zooplankton were dominated by copepods in the ponds of lowest salinity and by the brine shrimp Artemia salina in the most saline ponds. Within the planktonic community as a whole, diatoms, Spirotrichaea and copepods (68.9%, 89.9% and 71.05%, respectively) dominated in the lower-salinity ponds whereas Chlorophyceae, heterotrichs and Artemia salina (49.19%, 50.4% and 90%, respectively) dominated in the ponds of higher salinity. Despite the considerable constraint imposed by salinity, other environmental factors such as temperature also play a role in regulating the planktonic communities.     

Communities structure of the planktonic halophiles in the solar saltern of Sfax,Tunisia

The composition and distribution of the main planktonic halophilic micro-organisms (heterotrophic and autotrophic picoplankton, nanoplankton, phytoplankton, ciliates) and metazooplankton were investigated in six ponds of increasing salinity in the solar salt works of Sfax, Tunisia, from January to December 2003. Marked changes in the composition and biomass of the communities were found along the salinity gradient, especially at salinities of 150 and 350. Autotrophic picoplankton, nanoplankton, diatoms, dinoflagellates and ciliates characterized the less salted ponds. Planktonic biomass was the highest at intermediate salinity as a consequence of a bloom of Ochromonas. Species richness of phytoplankton, ciliates and zooplankton greatly decrease above a salinity of 150 and typical halophiles (Dunaliella salina, cyanobacteria, Fabrea salina and Artemia salina) were found between 150 and 350 salinity. In this environment, F. salina appeared more adapted than the brine shrimp to survive during phytoplankton blooms. The halophilic plankton was however almost entirely composed of heterotrophic prokaryotes in the crystallizers. We thus observed a progressive disappearance of the autotrophic planktonic communities along the salinity gradient. Multivariate analysis of the communities provides evidence that ponds represent discrete aquatic ecosystems within this salt works.     

海洋温跃层特征值的分析与计算

海洋跃层的分析计算是海洋要素值随深度变化的衍生计算,本文基于实际业务化建设经验,不同于以往大量单站温盐观测资料的跃层特征值提取完全由人工分析判断的工作方法,而是将不等距微分法、垂直梯度法和七点二次平滑等算法融合应用到跃层分析工作中,辅以人机交互模式,实现海洋温跃层特征值信息的快速分析计算和产品制作,可大幅缩减人为工作量...     

热带气旋“麦莎”和“韦帕”在浙江产生大风对比分析

热带气旋“麦莎”登陆玉环,“韦帕”登陆苍南霞关,登陆点均在浙江南部,登陆点距离不超过150 km,登陆时强度相同,离境点的位置只相距50 km,但产生的大风和分布有很大的不同,“麦莎”在浙江境内产生的大风强度、范围、都比“韦帕”大得多,持续时间也要长很多.本文通过对两个热带气旋登陆前后的热带气旋自身的变化、移动的路径及速度和环境场等特征对比分析,发现登陆后减弱速度、路径与地形、副热带高压调整、气压梯度、热带气旋中心与测站的距离不同是两者产生大风不同的主要原因.     

一种基于相对梯度法的海水温度分层模型

提出了一种以海表面温度为输入参数的海水温度分层模型。以2005—2012年的Argo气候态数据集与Argo浮标数据为基础,采用相对梯度法对海水温度垂向结构进行了分层,并据此获取了各层拟合方程所需的参数,包括:混合层深度、混合层梯度、温跃层上界深度、温跃层下界深度、深层大洋起始深度以及方程拟合系数。本文通过世界大洋数据库09版的CTD、XBT实测剖面数据对模型进行了检验。检验结果表明,该模型可以有效地对海水温度结构进行模拟,特别是400m以上的中上层大洋。模拟结果的总体均方根差(RMSE)为0.778℃,而在水深400m以上的中上层区域误差为0.494℃。