海洋流场的计算——数值预报

从海洋流场计算的原理出发，简要地分析了海洋流场数值预报方法，并以浅水流场为例介绍了流场数值模拟的过程，讨论了数值计算中的一些问题。     

集合海浪预报的发展与应用回顾

总结了国内外集合海浪预报的发展及应用现状,现有集合海浪预报的方法及优缺点。以NOAA/NCEP机构为例,给出了集合海浪主流预报产品的种类,通过集合预报产品的分析可以看出,集合海浪预报能够将传统的确定性预报扩展至概率预报领域,可给出更多可能出现的未来状态,能提供单纯确定性预报所不能提供的额外信息,已成为国际上业务化海洋学未来发展的重要方向之一。     

海洋水动力数值预报产品三维可视化表达探讨

利用可视化及虚拟现实技术,实现了海洋预报结果三维可视化,将数值预报结果所要表达的内容以直观的三维形式展示出来,提供一个直观、生动、动态、逼真且多方位、多角度预报结果展示平台,并通过对海洋水动力要素(海浪、潮位、海流)可视化表达方法探讨分析,说明海洋预报三维可视化研究具有广阔的应用前景,必将成为海洋预报结果展示发展趋势。     

海浪数值预报误差的统计分析

针对海浪资料同化中预报误差的统计性质难以确定的问题,利用WAVEWATCHⅢ和Topex/Posei-don(T/P)有效波高观测资料,对东中国海区的有效波高预报误差进行了统计分析。结果表明,预报误差符合正态分布;不同网格点的预报误差协方差随距离增长呈指数关系递减,并且空间上表现出弱各向异性;在预报模式空间网格为0.5°×0.5°条件下相关距离为3.0°~5.9°。     

常规海面风预报质量检验的实现

常规海面风预报内容是“文字加字符”形式,实况数据是间隔均匀的数据序列,所以常规海面风预报无法像数值预报一样直接应用实况数据进行预报质量的检验评估。本文在详细调研全国海洋预报机构发布的海面风预报产品基础上,针对不同的常规预报内容,制定了一套客观、合理、标准化的处理方法,成功实现了对常规海面风预报的检验,并应用东海区实况数据对常规海面风预报进行了检验测试,通过对存在的问题进行研讨与论证,完善了检验评估规则,提升了其实用性、合理性和适用性。     

Bred-ensemble ocean forecast of loop current and rings

Ocean forecasting with a General Circulation Model (GCM) commonly begins from an initial analysis obtained by data assimilation. Instead of a single initial state, bred-ensemble forecast [BEnF; which is used for weather forecasting at the National Centers for Environmental Prediction] begins from an ensemble of initial states obtained by using the GCM to breed fast-growing modes into the analysis. Here we apply the technique to forecast the locations and strengths of the Loop Current and rings from July through September 2005. Model results are compared against satellite observations, surface drifter trajectories, and moored currents. It is found that BEnF gives closer agreements with observations than the conventional single forecast. The bred-vectors (perturbed minus unperturbed state-vectors) have growth rates ≈0.04–0.08 day⁻¹ and spatial (cyclone–anticyclone) scales ≈200–300 km suggestive of baroclinic instability mode in the Loop Current and rings. As in atmospheric applications, initializations with these growing vectors contribute to the more accurate ensemble mean forecast.     

青岛港潮汐的调和分析与预报

用 T_TIDE 潮汐分析工具对青岛港口2019 年1—12 月逐时潮高资料进行不同时段的调和分析,计算其调和常数,并总结该港口潮汐特征。从 2019 年全年的调和分析结果中选择不同分潮建立调和预报模型,对2019 年1 月的潮高进行预测,通过相对误差、判定系数结果分析,确定最优调和预报模型。结果表明:青岛港口为正规半日潮港,以太阴主要半日分潮 M2分潮为主,其次为太阳主要半日分潮 S₂ 、太阴主要椭率半日分潮 N₂ 、太阴-太阳赤纬全日分潮 K₁和太阴赤纬全日分潮 O₁等分潮;对比不同时间长度的分潮振幅及平均海平面,可知其与用于调和分析的潮位资料长度几乎无关。分潮由5 个增加至24 个可明显改进预报效果,再增加几乎没有改进,故选用24 个分潮为最优的调和预报模型。为验证模型具有良好的实用性,对五号码头的实测潮汐数据进行分析预报,进而可知建立的模型能够较好地预报青岛港附近海域的潮汐变化。     

基于GPU技术的风暴潮集合预报

台风预报的准确性在风暴潮预报中起着重要作用。台风强度和路径的不确定性意味着使用集合模式来预报风暴潮。本文利用中央气象台的最优路径台风参数驱动国家海洋环境预报中心业务化的水动力学模型,开展华南沿海的风暴潮模拟,模式模拟结果与实测吻合较好。为了改进计算效率,采用CUDA Fortran 语言对模型进行了改造,改造后的模型在计算结果与原模型基本一致的基础上,计算时间缩短了99%以上。通过融合欧洲中期天气预报中心（ECWMF）的50条路径与3种可能台风强度构造出了150个台风事件,并用150个台风事件驱动改进的风暴潮数值模型,计算结果可以提供集合预报产品和概率预报产品。通过“山竹”台风风暴潮过程可以发现集合平均预报结果和概率预报结果与实测吻合较好。改进的数值模型可以运行普通工作站上,非常适合风暴潮集合预报,并且可以提供更好的决策产品。     

我国海洋观测预报系统概述

本文通过对大量国内外文献的搜集、研读、比较,结合笔者具体工作体会,全面概述了我国海洋观测预报系统的发展历程、取得的主要成就及社会服务功能、与发达国家和国际海洋观测预报业务以及计划的差距;提出了我国海洋观测预报业务未来发展的路线,树立正确海洋观测预报系统的框架,制定完善立体和多学科观测体系的规划,促进和加快新型预报模式的研发和应用.     

Budget of sediments and forecast of long-term coastal changes

A method for predicting the coast evolution based on the calculated estimates of the components of the sediment budget is discussed. The approaches outlined in a series of previous publications of the author [9, 10, 11] are further developed. The prerequisites and concepts used as the basis of the suggested method for forecasting are characterized. The sediment budget parameters under typical conditions are presented. The contributions of natural processes and the anthropogenic impact are compared. Different approaches for calculating the principal sediment budget components, including the cross-shore flux through the lower boundary of the coastal zone, the eolian flux of sand material through the upper limit of the coastal zone, and the alongshore sediment flux gradients, are considered. The examples of forecasting the development of coasts in the Baltic and Kara seas and the Sea of Okhotsk are given for the period from 100 to 500 years. The results obtained show that, in the case of a balanced budget of the sediments, the future behavior of the coast would be mainly governed by the variations in the sea level. This factor is capable of determining the changes in the coastline, whose recession and advancing would depend on the rate of the sea level rise. Under specific conditions, an enhanced sea level rise can trigger destructive processes (for example, the erosion of a coastal bar or the thermal abrasion of a cliff). In the case of a strong imbalance in the sediment budget, sea-level changes play a subordinate role.     

无主漂油源集合预测方法研究

采用基于"拉格朗日"粒子追踪方法的油粒子数值溯源模式,引入天气预报中的"集合预报"方法,考虑气象、海洋环境背景场误差因素,研究无主溢油源的集合预测方法。对某次渤海中西部溢油溯源事件的数值模拟结果表明,溢油源集合预测分析结果与溢油源实际调查情况相符,表明无主漂油源集合预测方法科学、结论可信。     

Variational data analysis with control of the forecast bias

We propose a methodology for the treatment of the systematic model error in variational data assimilation. The principle of the method is to add a systematic error correction term in the model equations and to include it in the variational assimilation control vector.
This method is applied to a simplified ocean circulation model in an identical twin experiment framework. It shows a noticeable improvement compared to the result of a classical variational assimilation scheme in which the systematic error is not corrected. The estimated systematic error correction term is sufficiently consistent with that needed by the model that it allows improvements not just to the analysis, but also during the forecast phase.     

A numerical storm surge forecast model with Kalman filter

ImUcrIONThe deterministic storm stirge nurnrical fOrecast Tnedel has played an imPOrtant role inroutine storm surge real-time fOrecast. But somtimes the error of forecast is still large by usingdeterministic medels (Je1esnianshi et al., l992). The source of these errors mainly comesfrom (1 ) errors of wind stress and medel's open boundary, (2) non--optimized medel param-eter, (3) error of model equations, (4) error of medel's numrical methed, etc. The effec-ti ve methed to solve this probl…     

一个稳态Kalman滤波风暴潮数值预报模式

利用Kalman滤波资料同化技术将海洋站水位观测资料融入二维线性风暴潮模式中,研制具有资料同化能力的风暴潮预报模式,改进风暴潮模式计算结果.通过在风暴潮模式的动量方程中加入模式噪声项来修正模式本身和气象强迫力的不确定性.确定性模式的输出通过带有观测噪声的观测方程与可利用的海洋站的潮位观测资料联系起来.假定初始的模式噪声和观测噪声满足均值为0的高斯分布,用迭代法得到计算区域的状态向量的稳态Kalman滤波,进而得到风暴潮模式输出的最优线性校正结果.利用这种资料同化技术,对1956年发生在东海的一次强风暴潮过程进行了后报试验,结果表明,该同化方法对短期风暴潮水位后(预)报有一定的改进.     

山东半岛东部沿海海浪预报方法初步探讨

本文采用麦夸特法（Levenberg—Marquardt）＋通用全局优化的拟合方法,依据山东半岛不同海区海浪和风的实况资料,确定不同海区拟合方程,拟合方程以WRF风场预报模式预报24小时风速为预报因子,以海浪浪高为预报量。根据拟合方程计算出的每个海区的浪高的值,对每个海区分别进行海浪的浪高预报,产品以GRADES图形的形式输出。     

地球模拟器及其数值预报系统

本文介绍了由日本宇宙开发事业团、日本原子能研究所和海洋科学技术中心共同研发的矢量型超级计算机-地球模拟器。该计算机上运行了高分辨率的海洋和大气数值模式,用以对全球大气和海洋环流的研究,中尺度涡的模拟,全球变暖预测以及海、气、冰相互作用模拟和预报等。本文具体阐述了地球模拟器的性能以及其上的数值产品海-冰耦合模式OIFES、大气模式AFES和海气冰耦合模式CFES。