基于人工神经网络的台风浪高快速计算方法

采用2010—2017年南海5个浮标波高观测资料和中国气象局热带气旋最佳路径集中的热带气旋参数, 基于前馈型误差反向传播(Forward Feedback Back Propagation, FFBP)神经网络(Artificial Neural Network, ANN)方法, 分别建立了各浮标站的台风浪高快速计算模型。研究显示, 基于热带气旋中心坐标、中心最低气压、近中心最大风速、热带气旋中心与浮标之间的距离和方位4个参数建立的神经网络模型经反复训练后, 模型输出结果可以很好地拟合观测数据, 各浮标有效波高计算值与观测值的均方根误差小于0.3m, 平均相对误差为5.78%~7.23%, 相关系数大于0.9, 属高度相关。独立测试结果显示, “山竹”( 国际编号: 1822)影响期间有效波高最大值的神经网络模型预报结果与观测值基本吻合, 相对误差为-31.06%~0.98%, 但计算的最大值出现时间和观测情况不完全一致。该计算方法可应用于热带气旋影响期间的有效波高最大值计算, 因而在海洋工程领域和海洋预报领域具有应用前景。     

SWAN模式对黄渤海海域浪高的模拟能力试验

SWAN模式即第三代浅水波浪数值预报模式,不仅能仔细考虑能量平衡方程式中的各项源函数,而且对近海海域(浅水)以及复杂地形海域的浪高有很好的模拟能力。本文在简述我们从青岛海洋大学“九.五”国家重点科技攻关项目中引进的SWAN模式的基础上,详细论述了T213和MM5两种风场资料在SWAN模式中的应用及对比验证。发现MM5海平面上空10m处风场资料优于T213的1000hPa风场资料,用在SWAN模式对黄渤海海域浪高模拟中预报结果较好。     

风暴浪对埕岛油田海域海底冲刷的影响

基于１９７６、１９９３年埕岛油田海域测深资料，采用浅水海浪数值计算模式，风暴浪对该海域海底冲刷和岸滩侵蚀的影响，分析了海底冲刷机理，提出了采用数值模式预测海底冲刷的方法。     

海洋边界层内风、浪相互作用研究进展

鉴于海洋边界层内风、浪相互作用在海洋、大气研究中的重要意义,本文较详细地回顾、总结了国内外有关海洋边界层风、浪相互作用的研究进展：由最初的关于风应力和空气动力粗糙长度的统计研究发展到后来的利用模式探讨海洋边界层的结构和风、浪耦合机制。最后简单讨论了风、浪耦合研究中存在亟待解决的问题以及未来的研究前景。     

基于物理关联深度学习的海浪浪高预测方法

精确的海浪有效波高（简称浪高）预测对于海上生产生活具有重要意义。针对现有海浪浪高预测模型对不同海洋要素间关联信息考虑不足,以及长时序浪高数据本身存在非平稳性的问题,本文设计了一种考虑物理约束与差值约束的海浪浪高时间序列预测方法。该方法基于风速与浪高之间的物理关联,设计物理约束,并通过提取差分信息设计差值约束,结合现有基于深度学习的时间序列预测模型,实现浪高预测。采用黄海和东海的6个不同站点浮标数据进行了大量实验。实验结果表明,本文提出的方法可以利用海洋要素间的物理关联,有效提高浪高预测精度,并避免因不同要素间融合造成的信息间干扰;同时,利用差值约束,限制时间序列预测结果的变动范围。本文方法可以与不同类型的时间序列预测模型相结合,显著提升原有模型的性能,并在长时间序列的预测中体现出很好的鲁棒性,为海洋要素预测中物理与数据驱动模型的有效结合提供了思路和验证。     

黄海中部风,浪特征的初步分析

本文以两年的卫星高度计遥感资料为主，分析了１９９６年声学实验区的风，浪基本统计特征及季节分布特征，并对实验期间的浮标实测资料作了初步分析。     

利用高频雷达海面回波中奇异峰估计浪高的方法

The popular methods to estimate wave height with high-frequency(HF) radar depend on the integration over the second-order spectral region and thus may come under from even not strong external interference. To improve the accuracy and increase the valid detection range of the wave height measurement, particularly by the smallaperture radar, it is turned to singular peaks which often exceed the power of other frequency components. The power of three kinds of singular peaks, i.e., those around ±1,±2~(1/2) and ±1(2~(1/2)) times the Bragg frequency, are retrieved from a one-month-long radar data set collected by an ocean state monitoring and analyzing radar,model S(OSMAR-S), and in situ buoy records are used to make some comparisons. The power response to a wave height is found to be described with a new model quite well, by which obvious improvement on the wave height estimation is achieved. With the buoy measurements as reference, a correlation coefficient is increased to 0.90 and a root mean square error(RMSE) is decreased to 0.35 m at the range of 7.5 km compared with the results by the second-order method. The further analysis of the fitting performance across range suggests that the peak has the best fit and maintains a good performance as far as 40 km. The correlation coefficient is 0.78 and the RMSE is 0.62 m at 40 km. These results show the effectiveness of the new empirical method, which opens a new way for the wave height estimation with the HF radar.     

基于混沌时间序列法的平潭浪高预测研究

在混沌动力系统相空间重构的基础上,利用关联维数法和最大Lyapunov指数法,对平潭浪高时间序列进行混沌特性识别,并进行了预测.结果表明,浪高时间序列存在混沌现象,混沌时间序列法可应用于海浪预报的研究.     

太湖风浪场的计算与比较

首先探讨了浅水风浪数值模型—SWAN模型应用于模拟内陆湖泊风浪生成和传播变形时的特点。该模型存在不能有效地模拟近固壁边界处风浪场的缺点,以能正确地模拟湖区的风浪场和节约计算时间为原则,确定了计算范围。对太湖进行了风场和风浪场的现场观测。分别利用规范公式和SWAN模型两种方法、根据观测和预报的风场计算了湖区的有效波高,并将计算结果和现场观测值进行了详细比较。结果表明基于观测的风场,利用两种方法所计算的太湖风浪场的精度基本相当;在根据观测的风场、利用SWAN模型计算内陆湖泊的风浪场时,需要精心选择恰当的风场;在根据预报的风场预报湖区风浪场时,SWAN模型的精度要高于规范公式的精度。     

厦门海域大气气溶胶观测站风与气溶胶关系

本文的工作是中美海气合作实验厦门观测站的一项内容，应用该站1990年的风速和气溶胶浓度的观测数据，初步分析了观测站风速变化特征及风速、风向与气溶胶传输的关系，结果表明气溶胶中物质浓度变化受到风向风速的重要影响，而呈现出季节性的陆向和海向的传输方向变化特征。     

渤海湾海域风况特征分析与海-陆风速对比分析

利用1988年9月-2010年8月的渤海A平台观测资料统计了渤海湾海域的风况特征,对平均风速和6级及以上大风、8级及以上大风的年变化和风向频率进行了分析,得到该海域出现大风的时间和风向、风速特征.为了讨论海上和陆上风速的对应关系,利用相同时间段的渤海A平台站和塘沽气象站观测风资料拟合了两个站风速之间的经验公式.     

北太平洋亚热带海域海面风应力场特征的分析

本文通过对北太平洋亚热带海域（１８°～３０°Ｎ,１４０°Ｅ～１４０°Ｗ）３０ａ风应力场（τｘ,τｙ）、风应力涡度场（ｃｕｒｌｚτ）及４４ａ５００ｈＰａ面上副热带高压面积指数（ＡＩ）资料的统计分析,得出了上述诸要素的年内、年际和年代际的变化特征,并讨论了一些有趣的现象,如上述诸要素的年际变化与ＥＮＳＯ的关系,τｘ、τｙ、ｃｕｒｌｚτ的年变化、趋势变化与ＡＩ的年变化趋势变化间的关系等。其中,亚热带的风应力场和风应力涡度场主要受副热带高压的制约;τｘ、τｙ、ｃｕｒｌｚτ和ＡＩ年变化、年际变化和年代际变化均较显著。１９７７年发生的跃变与热带太平洋海面温度跃变期相一致。在ＥＮＳＯ期间,τｘ、τｙ、ｃｕｒｌｚτ和ＡＩ均伴随着副热带高压的加强而增强,这可能与ＥＮＳＯ期间哈德莱环流的加强有关。     

ASCAT洋面风资料在中国北方海域的真实性检验

采用北方海域6个海洋观测站风资料对2009年3月—2013年6月ASCAT卫星反演洋面风(10 m)资料进行了检验。ASCAT反演洋面风与测站风向、风速偏差均较小,二者风速平均偏差为0.99 m/s,ASCAT风速略高于测站风速,二者风向平均偏差为-12.97°,表明ASCAT洋面风资料在北方海域具有可信性;分风级统计表明,在北方海域,风力为0—7级(0—17.1 m/s)时,利用ASCAT风速代表洋面风速是可行的(其中风力为4—5级时,ASCAT与测站风速误差最小,为0.10 m/s),当风力达到8级以上时ASCAT的可信度较低。     

海域面积计算精度影响因子甄别与评价

由于地球曲率等的影响,采用解析法计算大区域、小比例尺海域面积,会引起海域测量面积变形,影响用海面积的计算精度.通过分析解析法引起面积变形的特点,定量分析了纬度差、投影方式与中央经线选择、坐标转换等海域面积计算精度影响因子,提出可采取选择合理的界址点间距、恰当的中央经线、基于椭球面计算等方法来提高海域面积的计算精度.     

海洋混合层深度时空分布及其与风、浪参数的相关性分析

本文应用一个经验证的全球尺度FVCOM海浪模型,模拟了2012年全球海洋海浪场的分布和演变,分析了海表面风场、海浪场与混合层深度的全球尺度分布及相关性。综合观测资料和模型结果显示,海表面10 m风速、有效波高与混合层深度的全球尺度分布随季节发生显著的变化,并且其分布态势存在明显的相似性。从相关系数的全球分布来看,海表面10 m风速在印度洋低纬度海区（纬度0°~20°）与混合层深度间有较强的相关性,相关系数大于0.5;有效波高与混合层深度间相关系数大于0.5的网格分布在北半球高纬度海区和印度洋北部。谱峰周期与混合层深度间在部分海区存在负相关关系,这些网格主要分布在低纬度海区（纬度0°~30°）。统计结果显示,有效波高、海表面10 m风速和谱峰周期与混合层深度间的平均相关系数分别为0.31、0.25和0.12。综合以上结果表明,有效波高较谱峰周期能更有效地表征波浪能对海洋上层混合的影响;相比于海表面风速,有效波高与混合层深度间存在更强的相关关系,其变化对海洋上层混合有更显著的影响。     

海面风应力偏离风向的观测与分析

针对海气界面风应力方向与风向不一致的现象,2015年2月4日至3月12日在南海博贺观测平台开展了综合观测,利用涡动相关法计算了海气界面风应力,并在3类大气稳定度条件下分析了风应力矢量偏离风矢量的角度变化,进一步讨论了大气层结稳定时两者角度之差与风速的参数化关系。结果表明:在大气层结稳定条件下,风应力矢量偏向风矢量左侧,且偏离角度随逆波龄和风速增大而减小;当大气层结不稳定时,风应力矢量一般偏向风矢量右侧。海气界面风应力矢量受海表面风、波浪以及大气层结的共同调制。     

庙岛南部海域海砂开采对海底地形的影响

利用庙岛南部海域海砂开采区海底地形实测资料,对比分析了海砂开采过程中历年来海底地形地貌的特征变化,发现采砂活动并未引起该区水深发生较大变化。由于动态补偿作用,采砂以后在潮流和波浪的共同作用下,周围海域的泥沙将不断向采砂导致的深槽内填充,并使深槽逐渐变浅。输沙量计算结果表明,长岛海域净供砂量为9.0×104 m3/a。从输沙方向看与潮流和波浪的影响及海底地形的走向密切相关。目前开采量小于3.3×104 m3/a,如果按照目前采砂规模,保证安全生产,采砂工程不会对海底地形、海岸地貌造成明显的影响。     

风柜的变与不变

<正>~~     

两种海浪模式对中国黄海海域浪高模拟能力的比较

本文利用第三代海浪数值模式WAVEWATCH和SWAN模式,分别对黄海区域进行了理想模拟计算和实际浪场的模拟计算,结果表明:理想状态下两种模式的模拟结果在大小和空间分布上都不相同,但在大小及其变化趋势士相差不大;在实际模拟中,将两种模式的模拟结果与实际观测值相比,发现SWAN模式模拟结果较WAVEWATCH模式好,只是在高风速的模拟情况下,SWAN模式模拟结果偏大,而WAVEWATCH模式模拟结果偏小.