人工神经网络在南海近海面气温反演中的应用研究

基于人工神经网络方法,利用海面水温、海面风速以及海面气压反演南海近海面气温,采用的基础数据集是国际综合海洋-大气数据集(International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set,2.4 Release,ICOADS2.4)1981—2008年的观测资料,其中1981—2000年的观测资料用来建立模型,2001—2008年的观测资料用来进行模型检验。采用的人工神经网络方法是引入动量因子并采用批处理梯度下降法的BP(Back propagation)算法。试验结果表明,基于人工神经网络建立的近海面气温反演方法明显优于多元线性回归方法,尤其是在春季和冬季,海面水温、海面风速以及海面气压与近海面气温之间存在较强的非线性关系,人工神经网络的优势更加明显。总体而言,人工神经网络在各月的反演效果较均衡,均方根误差介于1.5—1.8℃之间,平均绝对误差为1.1—1.3℃。     

苏联海洋学研究用的岸站遥测系统简介

岸站遥测系统是在风暴条件下,研究滨海地区海气相互作用过程的带有分布式探头的遥测系统。此系统采用单芯铠装电缆传送信息,由于信息在单芯电缆中采用感应方式输入和输出,应用感应式离合器自动测量,从而提高了系统的使用可靠性,保证了遥测系统很高的传输能力,同时简化了设备和维修。在风暴季节,对滨海地区的大气、水界、岩界之间相互作用的研究,诸如波、流、水温、气温、风速、气压、热交换过程、波的变换、冲积层及许多其它参数的研究具有重大的     

台湾海域海面粗糙度及曳力系数的研究

利用福建沿海海域南日岛、金门岛与广东南澳岛的近海面气象、水文观测资料及台湾海峡西南部与南部的浮标观测资料,通过COARE(Coupled-Ocean Atmosphere Response Experiment)算法(V3.0),计算了台湾海域近海面空气动力粗糙度、曳力系数及海气表面动量通量,并研究它们关于水平风速的分布规律。结果得出:摩擦速度与10m风速基本上呈线性分布,线性拟合系数在0.042～0.045之间。曳力系数对10m风速的线性分布与过去研究结果相近,线性拟合系数在0.064～0.067之间。海面空气动力粗糙度对10m风速的线性拟合系数在0.053～0.058之间。海面动量通量与10m风速呈明显的二次关系,其线性与非线性拟合系数对于进一步了解台海地区大气湍流结构,建立和完善台海地区数值预报模式可提供重要的参数依据。     

基于大涡模拟耦合模式的小尺度海气相互作用研究

大气和海洋是影响地球气候系统的两个重要因素,它们之间的相互作用是海洋和大气研究的重要课题,海气耦合模式则是研究海气相互作用的重要工具,而海气耦合模式重点考虑的参数是海气通量。针对传统的大尺度海气耦合模式缺少湍流尺度分析的问题,本文使用并行大涡模拟海气耦合模式（The Parallelized Large-Eddy Simulation Model,PALM）,在小尺度上探究风速对海气通量及湍流动能收支（Turbulence Kinetic Energy Budget,TKE Budget）的影响,设置了5、10和15m/s三种地转风速度对大气边界层（Atmospheric Boundary Layer,ABL）和海洋混合层（Oceanic Mixed Layer,OML）进行海气耦合模拟。研究表明：海气通量的分布与风速大小密切相关,风速越大,净热通量和浮力通量相对越大,由于温度上升导致海水蒸发加剧,使得大气的淡水通量增大;海洋湍流动能收支各项在近海面处受风速影响较大,且随着深度加深而逐渐减弱。本研究初步展示了小尺度海气耦合模式在海气通量研究中的应用,对进行小尺度海气相互作用研究具有一定的意义。     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。     

冷空气影响南海日变化统计分析

统计分析的10年资料，得出冷空气影响南海的频数昼夜分布和时段分布都显著不均，且具有昼少夜多，14－20时开始增多，20－02时继续增多，02－08时增至最多。08－14时迅速减少至最少的日变化规律。冷空气影响南海日变化的大小、用昼夜变率、日变率和日综合变率来表示。其中日综合变率海域分布和月份分布都显著不均，且具有沿海大，远海小；气温高的月份大、气温低的月份小；低云量少的月份大，低云量多的月份小；海气温差大的月份大，海气温差小的月份小等特征。     

南沙暖水变化及其与ENSO和西太副高的耦合关系

南沙暖水域位于南海南部,濒临赤道,处于Walker环流上升区和南北半球气流交换的通道上,是南海海温较高的区域,也是海气相互作用的敏感地区。热带海域海洋及大气环流的变化对该海域海温的变化有着重要影响。 以往的研究表明,南海海温与赤道中、东太平洋水温和西太平洋副热带高压关系密切(钮智旺,1994;陈永利,1996)。南海是一个半封闭性海域,南海海温的变化与热带西太平洋水温之间具有非“承接”性(周发琇,1991),与西太平洋之间的水体交换不可能是引起南海海温变化的主要原因。那么,赤道中、东太平洋海温及副高是通过什么过程影响南海海温呢?它们之间的相互关系如何?西太平洋副热带高压是控制南海海域的主要天气系统，厄尔尼诺和南方涛动是热带太平洋地区海洋、大气中的两种大尺度异常现象,南海海温与它们之间的耦合关系可能就是影响海温变化的过程。本文根据综合海洋大气资料(COADS),分析了南沙暖水的变化与南海海温的关系,并借助功率谱和交叉谱分析了南沙暖水的变化周期以及与赤道东、中太平洋水温、南方涛动和西太副高之间的显著耦合频域及相互耦合振荡关系,以探讨南沙暖水与ENSO(埃尔尼诺-南方涛动)和西太副高之间的内在联系及海温变化的原因,对于研究南沙暖水域及南海海温变化的物理成因有着重要意义。     

南海上层对台风响应的模拟研究

利用中尺度海气耦合模式对2006年第1号台风Chanchu海气相互作用的模拟结果.分析了南海上层海洋对台风的热力和动力响应特征.研究发现:模拟的chanchu影响下南海SST分布与观测较为符合;与SST降低相对应的是混合层深度普遍增加,较大的海面冷却对应了较大的混合层加深;在台风作用下,海面上产生了一个气旋式环流,随着台风中心的移动而移动.流场呈现明显的不对称结构;模拟结果表明南海对台风的响应具有很明显的近惯性振荡特征.     

南海上层热含量的年代际变化及影响因子分析

南海上层海洋热力结构年代际变化的研究,是海气相互作用与变化研究的热点之一,对南海区域及更大范围的气候异常的研究和南海海洋环流年际变化的研究都具有重要意义。本文采用多套海温、流场和海气界面通量资料,基于热平衡方程和统计分析方法,分析了南海上层热含量的年代际变化,研究了南海上层热含量影响因子的变化特征,比较了混合层及混合层以下热含量变化的异同,进而探讨了影响因子在混合层及混合层以下的不同作用;利用区域积分海温方程后得到的热量收支方程,诊断南海内区不同海域的热收支方程中的各项,发现了不同海域在影响热收支的物理过程方面存在差异。结果表明:南海混合层的热含量的变化主要受海气界面热通量的影响,夹卷效应在热含量的变化中也有接近1/3的贡献。在整个上层400m的热含量变化中,平流效应占据了主导地位。     

2008年南海季风爆发前后西沙海域海气通量变化特征

基于2008年4至5月在南海西沙永兴岛进行的海气通量观测试验资料和NCEP资料,应用COARE3.0通量算法计算了海气通量,分析了季风爆发前后西沙海域天气变化特点和海气通量对南海季风爆发的响应。结果表明:2008年南海季风首先于5月第1候在南海南部爆发,受热带气旋等因素的影响,北部海区季风爆发推迟到5月18日。季风爆发和热带气旋活动对西沙海域的风速和海气通量影响较大,其中热带气旋的影响更强烈。热带气旋来临之前,潜热通量、感热通量以及动量通量均较小;在气旋活动及此后的季风爆发时期,大风使潜热通量和动量通量显著增强,感热通量则在降水期间变化明显;动量通量的最大值出现在热带气旋活动期间,其在此过程中的均值是观测初期均值的3倍以上。在整个观测过程中,潜热通量明显大于感热通量,后者是前者的16∶1。不同类型天气过程中,潜热通量的日变化相似,而感热通量的日变化有差异。湍流交换系数与风速有较好的相关关系。     

南海表层水温年循环的数值模拟

本文采用一个非线性约化重力海洋模式对南海表层水温(SST)年循环过程进行了数值研究,探讨了南海表层水温年循环形成和维持的动力学和热力学机制·模拟结果表现出与观测分析相一致的年循环变化阶段性和空间结构,并发现南海SST年循环的阶段性是海面动力强迫和热力强迫共同作用的结果;南海上层海洋的热力平衡有着明显的季节特征.     

互信息在海洋资料相关分析中的应用

为了揭示海洋资料的统计依赖特性,提出了一种基于互信息的定性分析方法,并对东海海表气温、气压及风速数据进行了分析。结果表明,在数据资料较长时,该方法能有效判定数据序列的线性、非线性相关特征,特别适合于复杂的海洋数据资料分析。     

南海西沙海区5～6月份辐射通量研究--整体公式建立

将南海西沙海区2000年5～6月海面辐射通量（包括太阳短波辐射、海面反射辐射、大气逆辐射和海面长波辐射）与云量、海温、气温、水汽压等气象要素进行了对比分析,发现它们之间存在一定的相关关系,利用这些关系建立了适合于计算南海西沙海区的太阳短波辐射、大气逆辐射、海面长波辐射和海面反照度的经验公式.分析结果表明,采用本文经验公式计算的各辐射通量值与实测资料的误差较一般常用经验公式的计算误差均有不同程度的减小,计算结果与实测结果在变化趋势上也具有较好的一致性.     

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。     

南海潜热交换年际与年代际变化的分析探讨

根据一套客观分析潜热通量、基于绕岛理论诊断的南海贯穿流(LST)、南海热含量等月平均资料,分析南海表层潜热通量的年际和年代际变化特征。南海地区的潜热通量冬季强,春季的潜热通量弱;在秋冬季节,南海北部的潜热通量远大于南部;夏季南海潜热通量南部高于北部;从20世纪80年代初潜热通量逐渐增加。使用EOF经验正交分解,M-K检验方法分析南海潜热通量的多时间尺度变化,前3个模态的方差贡献率分别为:53.01%(主要为长期趋势)、17.4%(年代际变化)、6.71%(年际变化)。分析表明在年际尺度上南海贯穿流(LST)减少导致南海海表温度(SST)增温幅度上升,海气温差比湿差减小,从而导致潜热释放减少,潜热通量呈负异常;反之LST进入南海增多,海气温差比湿差变大,导致南海潜热损失减少,潜热通量呈正异常。     

广东沿海夏季降水年代际变化成因分析

利用零降水日对广东沿海夏季降水的年代际变化成因进行统计相关分析,结果表明:南海表层海温(SST)对次年夏季广东沿海地区降水有明显影响,并且这种影响作用在20世纪70年代有一个明显的年代际变异;南海SST影响广东省夏季降水的敏感区域在不同的年代际阶段都非常靠近广东省,局地性非常明显。局地的海气相互作用对广东沿海夏季降水的短期气候预测有显著的意义。     

南海潜热交换年际与年代际变化的分析探讨

根据一套客观分析潜热通量、基于绕岛理论诊断的南海贯穿流(LST)、南海热含量等月平均资料,分析南海表层潜热通量的年际和年代际变化特征。南海地区的潜热通量冬季强,春季的潜热通量弱;在秋冬季节,南海北部的潜热通量远大于南部;夏季南海潜热通量南部高于北部;从20世纪80年代初潜热通量逐渐增加。使用EOF经验正交分解,M-K检验方法分析南海潜热通量的多时间尺度变化,前3个模态的方差贡献率分别为:53.01%(主要为长期趋势)、17.4%(年代际变化)、6.71%(年际变化)。分析表明在年际尺度上南海贯穿流(LST)减少导致南海海表温度(SST)增温幅度上升,海气温差比湿差减小,从而导致潜热释放减少,潜热通量呈负异常;反之LST进入南海增多,海气温差比湿差变大,导致南海潜热损失减少,潜热通量呈正异常。     

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。     

基于SODA数据集的南海海表面盐度分布特征与长期变化趋势分析

盐度是南海物理环境的重要组成部分之一,盐度的变化对南海的水动力环境有重要影响。利用1972-2010年的SODA数据集的5.01 m层月平均数据,分析南海海域海表面盐度的时空分布特征,采用基于最小二乘法的线性拟合分析南海海表面盐度的长期变化趋势。结果表明南海海域的海表面盐度在39 a间90%以上区域均呈现盐度下降趋势,整个海域SSS则以每年0.005 88 psu的速率下降,春季SSS下降速率最大为0.006 4 psu/a,夏季SSS下降速率在四季中最小为0.005 19 psu/a。