基于EEMD和ARIMA的海温预测模型研究

类型丰富、时空分辨率高的海洋探测数据,为信号分解和机器学习算法的应用提供了可能。本文针对如何建立有效的海温预测模型这一问题,使用高时空分辨率的海表温度(SST)融合产品,引入信号处理领域的集合经验模态分解(EEMD)和机器学习领域的自回归积分滑动平均模型(ARIMA)。首先利用最适于分解自然信号的EEMD方法,将海温数据分解成多个确定频率的序列;再利用ARIMA分别对各个频率的序列进行预测,最后将各个序列的预测结果进行组合。该方法在丰富数据的支撑下,比以往直接使用海温数据所建立的预测模型精度更高,为更好地进行海温预测提供了新方法。     

两种低频信息的关联和形成差异的原因

在变振幅的数据分析中 ,低频信号可以反映在低频分析结果中 ,也可以体现在高频信号的振幅变化中。本文将其分别称为滤波低频信号和变幅低频信号。两种低频信号有很好的相关性 ,也存在明显差别。研究结果表明 ,滤波低频信号反映了过程整体性的上升或下降 ,变幅低频信号反映了极大值与极小值之间差异的缩小或加大。两种低频信号的差异多源于原始信号极大值与极小值变化过程之间的关系。在本文的例子中 ,冬季气温变化占优势时两种低频信号的滑动相关系数为正值 ;夏季气温变化占优势是导致两种低频信号差异的根本原因 ,在物理上表现为一定发生了强大的异常过程 ,打破了气温正常变化的秩序。大连站的气温变化主要受制于北方的冷空气过程 ,但当厄尔尼诺事件发生时 ,热带的暖过程大大加强 ,导致两种低频信号发生明显的差异。从 1965～ 2 0 0 3年 ,滑动相关系数共出现 6次负时段 ,都对应着厄尔尼诺事件。因此 ,在低频过程的研究中 ,需要用滤波低频信号研究整体性的低频变化。但是 ,在希望获取导致整体变化的主要成分时需要使用变幅低频信号。另外 ,在揭示异常过程时需要用滑动相关系数来发现两种低频信号的差异 ,提取异常信息。     

数字滤波技术在潮汐观测中的应用研究

潮汐是重要的海洋物理要素。瞬时变化的海面高度信息除了包含潮汐信息外,还包括波浪等高频干扰信息,因此需要对干扰信息进行滤除。如何从获取到的海面瞬时高度变化中提取出潮汐信息就成为一个关键问题。海洋学中通常是通过低通滤波来获取低频的潮汐信息。通过分析常用的3种低通数字滤波的方法,即滑动平均法、快速傅里叶变换法和小波变换法,对3种低通滤波方法应用于潮汐数据处理的效果进行了比较分析,得出滑动平均法在潮汐信息提取中具有较高应用价值的结论。     

用定积分法进行圆弧滑动稳定性计算及其编程

根据导出的海工建筑物圆弧滑动的物理数学模型,采用定积分方法对圆弧滑动的稳定性计算进行了编程实验,结果表明本方法与传统的分条法相比,具有精度高的特点,且易于在微机中实现。     

地磁指数与大连气温逐日相关的某些统计特征

本文对地磁指数(AP)与大连日平均气温之间的逐日滑动相关系数进行了计算。发现相关系数随时间呈现正负相间的交替变化。选取其中较好的相关关系,对影响大连的冷空气过程进行了试报。     

均匀土质边坡稳定性计算的一种新方法

根据土力学原理 ,推导出一种在不考虑渗流力的情况下 ,确定斜坡临界滑动面和计算斜坡稳定系数的新方法。介绍了该方法在若干土石方工程中的应用实例。     

海洋生态模型中参数时空分布的反演研究

本文将伴随同化方法应用于海洋生态系统动力学模型。将一年平均分为72个过程,通过同化每一个过程研究区域(17°N-~45°N,173°E~142°W)内的SeaWiFS表层叶绿素数据,优化影响生态机制的5个关键参数Vm、Dz、e、Gm、Dp(简称KP),得到他们在研究区域内的时空分布。对于KP中的每一个参数,首先,分别将其在时间和空间上求平均,得到参数的空间分布场(KPS)和时间分布序列(KPT);其次,将KPS在空间上求平均,得到一个常数(KPC),并利用KPS、KPT和KPC表示出KP的另一种时空变化形式KPST,它减少了模拟过程中变量个数。结果表明,无论是空间分布还是时间分布,Vm、Dz和e具有相同的分布特征和变化趋势,相关系数可达0.99,Dp和Gm亦然,;而Vm、Dz和e的变化趋势与Dp和Gm的变化趋势呈负相关,相关系数可达-0.99。5个参数的变化趋势符合物理意义和生态机制。将模型中的参数分别按上述5种形式赋值,正向运行模式1年,结果表明,考虑参数时空分布的实验误差最小。说明在海洋生态系统动力学数值模拟中,与只考虑参数的空间分布或者只考虑参数的时间分布相比,考虑参数时空分布更合理,更具有物理意义且符合生态机制;伴随同化技术在优化时空变化的参数方面,是一种有效的,普遍适用的方法。     

波致海床滑动稳定性计算方法及滑动失稳特征研究

波浪引起的海床不稳定性是海洋工程中需要考虑的重要问题。在对现有波致海床滑动稳定性计算方法进行分析的基础上,提出了一种波致海床滑动稳定性计算的全应力状态法,将其与现有计算方法进行了对比分析,并进一步研究了波致砂土海床和软土海床的滑动失稳特征。结果分析表明,全应力状态法在波致海床滑动稳定性分析中具有较好的适用性。对于砂土海床,其滑动稳定性受饱和度的影响较大,且当海床计算厚度约为0.2倍波长时对应的滑动深度最大。波浪作用下坡度不超过2°的均质软土海床,其最危险滑动面的位置仅与波长有关,其滑动深度约为0.21倍波长,滑动面半弦长约为0.33倍波长;海床表面的波压力数值只影响其安全系数的大小,而不影响其滑动深度。     

局部非线性直接预测方法在检测海洋混沌和噪音中的应用

利用局部非线性直接预测方法及实测值与预测值的相关系数,提出了混沌时间序列及含有音（白噪音）混沌时间序列的检测混沌和噪音特征的一种方法。该方法对Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射资料及赤道日ＳＳＴ资料进行了混沌及噪音检测。结果表明,该检测方法优于一般谱方法对混沌资料的检测,在资料含噪信比约为３２％时,实测值与预测值的相关系数达０．５,在此可信相关系数范围内可检测资料的混沌特征。同时指出了随着资料噪信比的增加,实测     

基于DIEOF方法重构海表叶绿素a遥感缺失数据

以2007年1月到2010年12月的MODIS Aqua CHL-a Level 2海表水色产品为基础数据,获得南海北部海域海表叶绿素a浓度的月平均影像集,基于影像集数据的时空相关性利用DIEOF(Data Interpolating Empirical Orthogonal Functions)方法重构其缺失数据。通过分析重构前后数据变化、验证重构结果的时空特征、计算模型精度指标等对重构结果进行评价。研究结果表明:DIEOF方法重构的MODIS海表叶绿素a影像,能够体现研究区海表叶绿素a的时空变化特征,重构结果的复相关系数R2可达到0.98,平均绝对误差MAE小于0.01;该方法重构过程中无需先验信息,易操作,能够有效重构大面积成片缺失或缺失比例较高的影像。     

北极中央区海冰密集度与云量相关性分析

本文使用海冰密集度以及低云、中云、高云的日平均数据,借助滑动相关分析方法,研究了北极中央区海冰密集度与云量之间的相关性,分析了海冰与云的相互作用机制。研究表明,在春季海冰融化季节(4、5月)、秋季海冰冻结季节(10、11月),低云与海冰密集度之间表现为较好的负相关,表明在这段时间内冰区海面蒸发强烈,对低云的形成有重要贡献。在10月和11月,中云与海冰密集度也有很好的负相关,表明秋季低云可以通过抬升形成中云。高云与海冰密集度之间并没有明显的相关性,可能原因:一方面海冰的空间分布对高云无影响,另一方面,高云主要影响到达的短波辐射,从而影响海冰的融化和冻结速度,与海冰厚度有直接显著的关系,而与海冰密集度的关系不明显。此外,在海冰密集度与低云存在较好负相关的情况下会出现某些年份相关性不好的情况,我们的研究发现这是北极中央区与周边海区发生了海冰交换或云交换的结果。     

地磁日变数据时间同步相关系数分析

通过对两站地磁日变数据的分析,提出了利用相关系数法解算地磁日变观测站间测量时差的方法,导出了地磁日变观测站间观测数据的相关系数计算公式.并通过实例分析,验证了地磁日变数据利用相关系数法进行时间同步分析的正确性.在进行实例分析时注意到,短距离站间时差与一直使用的经度差时差法得到的时差出入很大,通过对相关系数时差法正确性的进一步验证后,对传统经度差时差改正方法的合理性提出质疑.     

Case study on pile running during the driving process of large-diameter pipe piles

The super-long and large-diameter steel pipe piles are often adopted for the construction of offshore oil platforms in deep sea. One constructability issue related to driving heavy pipe piles is the pile running. The term pile running refers to the quick penetration of a pile into the seabed as a result of its high self-weight and low resistance from the seabed. The unexpected pile running can cause the steel wire of the hammer to break or even the loss of the hammer. A case study of pile running at an oil platform is introduced in this paper. A simplified theoretical method is proposed to explain the mechanisms of the pile running in this case. A factor of friction degradation is proposed to calculate the dynamic skin friction from the static ultimate skin friction of surrounding soil. The comparisons between the predictions to the case history show that the proposed simplified method can be used to predict the pile running condition.     

南黄海沉积物粒度分布参数计算方法的比较

本文将南黄海第四纪沉积物,用不同方法计算的粒度分布参数作了统计分析。作为对比的计算方法为(1)Folk和Ward的图解法;(2)海洋调查规范(1975)的方法和(3)矩法。结果表明:三种方法得出的数据间高度相关,可藉回归方程相互对比。     

全极化合成孔径雷达近岸风场反演研究

Coastal winds are strongly influenced by topology and discontinuity between land and sea surfaces. Wind assessment from remote sensing in such a complex area remains a challenge. Space-borne scatterometer does not provide any information about the coastal wind field, as the coarse spatial resolution hampers the radar backscattering. Synthetic aperture radar （SAR） with a high spatial resolution and all-weather observation abilities has become one of the most important tools for ocean wind retrieval, especially in the coastal area. Conventional methods of wind field retrieval from SAR, however, require wind direction as initial information, such as the wind direction from numerical weather prediction models （NWP）, which may not match the time of SAR image acquiring. Fortunately, the polarimetric observations of SAR enable independent wind retrieval from SAR images alone. In order to accurately measure coastal wind fields, this paper proposes a new method of using co-polarization backscattering coefficients from polarimetric SAR observations up to polarimetric correlation backscattering coefficients, which are acquired from the conjugate product of co-polarization backscatter and cross-polarization backscatter. Co-polarization backscattering coefficients and polarimetric correlation backscattering coefficients are obtained form Radarsat-2 single-look complex （SLC） data.The maximum likelihood estimation is used to gain the initial results followed by the coarse spatial filtering and fine spatial filtering. Wind direction accuracy of the final inversion results is 10.67 with a wind speed accuracy of 0.32 m/s. Unlike previous methods, the methods described in this article utilize the SAR data itself to obtain the wind vectors and do not need external wind directional information. High spatial resolution and high accuracy are the most important features of the method described herein since the use of full polarimetric observations contains more information about the space measured.This article is a useful addition to the work of independent SAR wind retrieval. The experimental results herein show that it is feasible to employ the co-polarimetric backscattering coefficients and the polarimetric correlation backscattering coefficients for coastal wind field retrieval.     

ERA5海面气压和风速再分析资料在渤海和北黄海适用性分析

利用渤海和北黄海9个站位浮标的海面10 m气压和风速观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：海面气压和风速再分析资料与观测资料具有良好的相关性,不同时间尺度的统计结果具有一定差异,累年逐月的相关性优于日均和日极值,极端天气下的相关系数最低。不同时间尺度的统计结果显示,气压再分析资料与观测值的偏差总体为负值,即高压再分析资料较观测值偏弱、低压再分析资料较观测值偏强,二者存在一定的系统性偏差;风速统计结果显示,偏差与风力级别有关,大风速时,风速再分析资料普遍小于观测值。累年逐月再分析资料反映了研究区气压和风速的季节变化特征,偏差也呈现出季节性变化,且冬季的适用性优于夏季;极端天气情况下,气压和风速再分析资料的适用性较差,需要开展进一步的订正处理。     

Study on the uncertainty of the available time under ship fire based on Monte Carlo sampling method

Available safety egress time under ship fire(SFAT) is critical to ship fire safety assessment,design and emergency rescue.Although it is available to determine SFAT by using fire models such as the two-zone fire model CFAST and the field model FDS,none of these models can address the uncertainties involved in the input parameters.To solve this problem,current study presents a framework of uncertainty analysis for SFAT.Firstly,a deterministic model estimating SFAT is built.The uncertainties of the input parameters are regarded as random variables with the given probability distribution functions.Subsequently,the deterministic SFAT model is employed to couple with a Monte Carlo sampling method to investigate the uncertainties of the SFAT.The Spearman’s rank-order correlation coefficient(SRCC) is used to examine the sensitivity of each input uncertainty parameter on SFAT.To illustrate the proposed approach in detail,a case study is performed.Based on the proposed approach,probability density function and cumulative density function of SFAT are obtained.Furthermore,sensitivity analysis with regard to SFAT is also conducted.The results give a high-negative correlation of SFAT and the fire growth coefficient whereas the effect of other parameters is so weak that they can be neglected.     

相关法对浅水非线性效应的处理及应用

介绍了浅水非线性效应的处理方法,研究了相关法的原理及其应用,并以厦门港及烟台港为例对上述港口未来时刻作了潮汐预报,从实用的角度说明了相关法应用于浅水效应显著的港口时预报效果的改善将更为明显。