Ekman模型时间变化风应力系数的伴随参数估计

本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。     

基于参数空间分布的海洋生态系统模拟

在模拟大尺度海洋生态系统时,由于子区域的生态系统有着各自的特征,导致参数值在空间上存在差异,因此参数在整个研究区域取常数的做法必须改进.基于此,使用气候模式FOAM的气侯态背景场驱动一个简单的三维海洋生态系统模型,并引入参数的空间分布,在全球尺度上通过伴随方法同化SeaWiFS叶绿素资料.引入参数空间分布后,同化结果得到很大改进:浮游植物表层生物量(氮)的平均差从0.155 3减小至0.060 6 mmol·m-3,下降了60.9%,有效地降低了模拟值与观测值在空间上的差异;浮游植物表层生物量平均值也从0.103 1上升至0.125 2 mmol·m-3,更接近SeaWiFS观测.实验结果表明通过引入参数的空间分布来改进海洋生态系统的模拟是可行的.     

Ekman风海流模型参数的优化研究

本文利用伴随方法,将垂直10层,为期10d的"观测资料"同化到Ekman风海流模型中,同时反演出垂直涡动粘性系数和风应力系数,并设计了3组实验,分别讨论了优化步长、反向积分时间和给定的垂直涡动粘性系数的垂直分布对反演结果的影响。实验结果表明:在反演垂直涡动粘性系数时设置的优化步长的4种方案,其反演结果都能令人满意,其中方案3的反演效果最好;随着反向积分时间的增加,垂直涡动粘性系数的绝对平均差异迅速减小到一个极值,然后以振荡形式减小到最小值;当给定的垂直涡动粘性系数在Ekman底层随深度增加而增大时,反演结果距给定值偏离较大,其余的分布情形都能得到很好的反演效果;在所做的3组实验中,风应力系数的反演都是成功的。     

利用GRACE时变重力场反演大尺度全球海底压强变化

海底压强变化对研究海洋环流、全球能量平衡、陆海水循环、气候模型等有着重要意义。对利用GRACE时变重力场数据反演全球海底压强变化的方法进行了研究,并采用GRACE卫星Level-2数据的GSM和GAD数据反演了2010年全球海底压强变化,反演结果表明:利用GRACE时变重力场数据能够反演出大尺度的全球海底压强变化,海底压强变化呈现明显的季节性变化,在沿海岸线区域受陆地水文反演信号泄露影响海底压强变化较大。     

伴随同化方法在渤、黄海生态模式中的应用——生态参数的空间分布

将伴随同化方法用于渤、黄海NPZD三维浮游生态动力学模型的研究中,利用1998年～2006年的SeaWiFS叶绿素资料作为观测数据进行同化实验,优化难以确定的生态参数.文中对参数在整个计算区域取常数时进行了优化,同时尝试了一种新的参数化方案,即在海区中选取一些点作为独立参数点,其它点的参数由独立参数点的值经过线性插值得到,优化独立点的参数后得到所有计算格点的参数.针对这两种不同的参数化方案做了一系列对比实验,结果表明利用伴随同化方法反演空间分布的参数能有效地提高数值模拟的精度.     

局地误差子空间变换卡尔曼滤波方法的最优参数选取

基于PDAF同化框架,通过Lorenz96模型的孪生实验,探讨了LESTKF同化方案中的两个重要参数局地化半径和遗忘因子对于同化结果的影响。实验结果表明:局地化半径对分析结果的空间分布影响明显。局地化半径过大,不能很好地滤去背景误差协方差矩阵中的虚假相关;局地化半径过小则分析太细节化使得物理量场不符合实际。遗忘因子的选取对于同化效果影响显著:孪生实验证明遗忘因子(取值为0～1)选取适当能够明显提高同化效果,但如果选得太小则会使同化结果过于接近模式,观测信息对模式的调整将减弱。当二者同时作为自变量影响Lorenz96模式的同化效果时,存在一个最优的参数选择区域,但该最优区域紧邻滤波发散的区域,因此在实际同化应用中应格外重视。     

几个典型台风路径的同化试验

本文从上海台风所的台风路径统计动力预报模型SD-90出发,利用变分同化方法结合反问题正则化思想和最优控制技巧(而非统计方法),反演出台风所受到的除科氏力以外所有力的合力及台风的初始速度,用实际台风定位资料分析不同的正则化参数及最优控制参数的组合对同化结果的影响,分析不同台风路径特征的拟合效果。该方法具有模式简单、应用资料少、拟合精度高等优点,为台风路径的预报提供了新的思路。     

几个典型台风路径的同化试验

从上海台风所的台风路径统计动力预报模型SD-90出发,利用变分同化方法结合反问题正则化思想和最优控制技巧(而非统计方法),反演出台风所受到的除科氏力以外所有力的合力及台风的初始速度,用实际台风定位资料分析不同的正则化参数及最优控制参数的组合对同化结果的影响,分析不同路径特征台风路径的拟合效果。该方法具有模式简单、应用资料少、拟合精度高等优点,为台风路径的预报提供了新的思路。     

集合调整卡尔曼滤波方法在M2分潮数值模拟中的水深估计研究

数据同化利用观测信息对模型状态场调整的同时也可以对数值模型中的不确定参数进行估计,从而改进数值模型,提高数值模拟的精度。本文基于集合调整卡尔曼滤波方法,采用广义坐标系统的美国普林斯顿大学海洋模式的外模式开展了渤海和部分黄海海域M₂分潮模拟中的水深估计研究。理想数据同化试验结果表明,集合调整卡尔曼滤波方法能很好地降低模式模拟的水位误差并反演出“真实”的水深参数。而在NAO.99Jb和验潮站数据的实际数据同化试验中,与验潮站数据相比较,水深参数估计后,模式模拟的M₂分潮振幅与迟角误差分别降低了40.27%和49.19%。     

海山磁性反演精度的研究

在均匀磁化的假设下,进行海山磁性的反演,有时能获得良好的效果,有时则不然.海山磁性的不均匀性是影响反演精度的主要因素,特别当海山内部的正反向磁化不是严格反平行时,反演精度很低.海山形状不准确、磁测资料的随机误差对反演精度的影响较小.可以用拟合度参数GFR(Goodness-of-Fit Ratio)来衡量反演结果的可靠程度.当GFR≥5时,均匀磁化假设下反演所得的磁化方向有很高的参考价值;GFR=2～5时,反演结果有一定的参考价值;GFR<2时,反演结果常含有很大的误差.本文用面积分计算磁异常.在AT微机上反演一个海山的磁性,约需1分钟.     

.Net环境下空间数据缓存方案的设计与实现

空间数据查询效率的优劣决定着三层体系结构空间信息系统的应用效果。空间数据缓存技术是提高空间数据查询效率的有效方法之一。在数据缓存技术逐渐成熟的今天,如何利用数据缓存技术来构建空间数据缓存是目前研究的热点。基于Microsoft新的数据缓存技术,借助常用的格网索引,在客户端和应用服务器端开辟空间数据缓存区,以降低数据的传输量,减少用户的请求响应时间,从而提高空间数据查询效率。在利用版本控制技术实现空间数据缓存的同时,解决客户端、应用服务器和数据库服务器的数据一致性问题,确保空间数据的有效性和可用性。     

Spatial dynamics of estuarine water surface temperature from airborne remote sensing

This paper examines the applicability of airborne remote sensing to the characterization and quantification of the spatial dynamics of water surface temperature (WST) within estuaries. For this, a series of successive airborne Thematic Mapper thermal images was acquired of Kirkcudbright Bay, an estuary in the United Kingdom, on two dates. Spatial dynamics were determined by two techniques: (1) qualitatively, which involved interpreting features ‘by eye’; and (2) by the velocimetric technique of maximum cross correlation (MCC). Qualitatively, complex spatial dynamics were identified over a wide range of spatial and temporal scales, associated with the creation and dissipation of eddies, and the convergence and divergence of fronts, all of which were superimposed on the synoptic tidal flow. MCC was effective for producing synoptic velocity fields, but the minimum cell size was constrained by image noise, limiting the ability to analyze small-scale spatial dynamics. The effectiveness of MCC was related to the ratio of spatially correlated variance to spatially independent variance, as estimated from the variogram. Suggestions for optimizing the application of airborne remote sensing to estuarine spatial dynamics are presented.     

高分辨率SAR影像在海岛监视监测中的应用

高分辨率合成孔径雷达(SAR)是先进的成像微波遥感器,可全天候和全天时工作,在海岛监视监测中发挥特殊作用。文章概述高分辨率SAR的成像原理和国际应用进展,通过介绍海岛礁在高分辨率SAR影像上的表现,直观展示高分辨率SAR在小海岛识别和海岛开发工程监视监测等方面的应用,尤其提出利用SAR影像特征区分小海岛和船只的方法,同时提出将高分辨率SAR影像与中分辨率光学影像相结合的应用建议,助力我国海岛保护管理和监视监测工作。     

保持局域特征的多源海冰图像融合与分类

本文提出一种保持局域特征的多源海冰图像融合方法,并在此基础上进行海冰分类。本文提出的多源海冰图像融合方法包括保持空间局域融合和保持特征局域融合两方面。首先,通过学习得到投影矩阵和相似矩阵。投影矩阵将多源像素进行投影变换,得到保留像素空间局域特性的融合向量。相似矩阵度量像素特征间的相似性,通过拉普拉斯特征分解,得到保留像素特征局域相似性的融合向量。然后,将空间融合向量和特征融合向量进行像素综合,得到融合图像。在此基础上,本文设计一种滑动集成分类方法进行融合图像像素分类。提出的分类方法利用滑动集成的特点,在分类时增强刻画了海冰局域特性。由于本文的保持局域融合框架不仅刻画了海冰在物理空间中的邻接关系,而且考虑不同海冰类型的特征关系,因此其在多源图像（多光谱和合成孔径雷达（SAR）图像）的海冰分类任务中表现优异。实验结果表明本文提出的基于保持局域特征融合的多源海冰图像分类方法有效提升了海冰分类精度。     

基于ArcSDE的人防数据入库的应用研究

空间数据引擎是实现空间数据库的核心。简要介绍了ESRI公司的空间数据库引擎（spatial database engine）,它能将空间数据和属性数据集成在数据库中。进一步分析了空间数据的存储模式,并以人防工程为例构建了人防的Geodatabase数据模型,最后对实现人防工程数据的入库方法进行了探讨。     

海水淡化取水口空间选划适宜性评价方法与应用

海水淡化取水口空间选划受自然地理、生态环境和社会经济等多种要素的影响,对取水口工程建设的经济性、稳定性和安全性具有重要意义。在海水淡化取水口空间选划影响要素分析的基础上,针对浅海取水方式,从基础地理条件、水体环境条件、灾害条件和产业发展条件四方面筛选代表性评价指标,构建海水淡化取水口空间选划适宜性评价模型。以山东省荣成市近岸海域为研究区,基于GIS平台的多因素空间叠置分析实现初步的适宜性空间分区,然后叠加约束条件生成最终的海水淡水取水口选划适宜性空间分区结果,形成具有科学化、定量化和空间化特征的海水淡化取水口选划适宜性评价体系。本研究在理论方法和技术层面上完善了现有的海水淡化取水口空间位置选划方法,评价结果可为海水淡化取水口空间选划提供科学依据。     

Analyzing Uncertainty in Multibeam Bathymetric Data and the Impact on Derived Seafloor Attributes

Multibeam bathymetric data provide critical information for the modeling of seabed geology and benthic biodiversity. The accuracy of these models depends on the accuracy of the bathymetric data, which contain uncertainties that are stochastic at individual soundings but exhibit a distinct spatial distribution with increasing magnitude from nadir to the outer beams. A restricted spatial randomness method that simulates both the stochastic and spatial characteristics of the data uncertainty performed better than a complete spatial randomness method in analyzing the impact of bathymetric data uncertainty on derived seafloor attributes.     

Assessing the suitability of commercial fisheries data for local-scale marine spatial planning in South Africa

This study integrates fisheries logbook data with observer and vessel monitoring system (VMS) data in order to assess the accuracy of reported data and to develop high-resolution spatial data suitable for use in local-scale marine spatial planning analyses. Spatial assessments were conducted on five nearshore commercial fisheries to provide baseline information to inform spatial management and conservation planning in Algoa Bay, South Africa. Clear spatial patterns in the distribution of fishing effort were apparent for the linefishery, chokka-squid and inshore demersal trawl sectors. Observer and VMS data confirmed the broad spatial distribution of resource-use patterns of logbook data. Combining these data sources allowed higher-resolution spatial indices of fishing effort to be developed, which are suitable for systematic spatial planning on a local scale and can be used for future spatial management and conservation.     

基于地统计学南海北部近海竹荚鱼空间分布特征

竹荚鱼(Trachurus japonicus)是我国南海北部近海主要渔获物之一。根据2014—2017年对南海北部开展的8个航次近海渔业资源和环境调查数据, 采用地统计学方法分析竹荚鱼时空分布特征和相关生态动力过程。结果表明, 竹荚鱼总体布局以低密度为主, 高密度海域较少, 季节性集聚特征明显, 依次为夏季>春季>秋季>冬季。竹荚鱼空间分布具有极强的空间异质性, 空间结构性比例均在75%以上, 变异模型以高斯模型为主, 空间相关距离(变程)大约在0.52°左右, 且季节性特征明显。对地统计参数值和单位捕捞努力量(catch per unit effort, CPUE)的相关关系研究发现, 竹荚鱼资源密度越大, 空间异质性特征越明显。通过统计各向分维值分析竹荚鱼各向异质性特征, 发现西北—东南向的空间异质性较为显著, 表明该方向的海洋动力过程将对竹荚鱼洄游分布产生重要影响。此外, 基于克里格插值分析, 发现竹荚鱼呈西南—东北向洄游分布规律, 空间布局呈片状和斑块状, 且易受极端气候(厄尔尼诺和拉尼娜等事件)影响。     

台湾海峡强震活动及其动力环境

本文根据１９９４年９月１６日台湾海峡７．３级强震序列的空间活动图象变化特征，结合历史地震资料，比较分析了台湾海峡区域史今地震活动的总体演变过程，表明该区强震发生与周边地区的台湾，日本及菲律宾大地地震，在时间进程，强度变化和地域分布关系上存在关地球物理场变化的影响。