基于卫星遥感数据的全球表层流场反演重构

利用2000—2008年的卫星高度计资料和QuikSCAT风场资料,反演了全球的海表的地转流和Ekman流,将两者合成后生成了0.5°×0.5°的逐周全球表层流产品。在计算Ekman流的时候,引入了权重函数,改进了Lagerloef方法中Ekman流在25°S和25°N上的不连续问题。分析表明:卫星资料反演的流产品能够反映出海表流场的特征,将其分别与TAO观测和SCUD流产品进行定量化的比较显示,所得流产品具有较高的反演精度和可信度,说明改进的方法是有效的。     

全球大洋混合层深度的计算及其时空变化特征分析

本文利用2005-2009年的全球网格化Argo数据,分别采用温度判据和密度判据计算了全球大洋混合层深度(Mixed Layer Depth, MLD),讨论了障碍层(Barrier Layer, BL)和补偿层(Compensated Layer, CL)对混合层深度计算的影响,得到了合成的混合层深度,并研究了其时空变化特征. 研究表明:(1)在赤道西太平洋(10°S -5°N,150°E-150°W),孟加拉湾,热带西大西洋(10°N-20°N,30°W-60°W)是障碍层高发区域. 冬季的北太平洋副热带区域(30°N附近)以及东北大西洋(40°N-60°N,0°-30°W)是补偿层发生的区域. (2) 在各个半球的夏季MLD都比较浅,在各个半球的冬季MLD则普遍比较深. 北太平洋和北大西洋的MLD的分布和变化比较相似,印度洋MLD受季风影响显著,呈现半年周期变化. 太平洋和大西洋的MLD 的经向分布大致呈现出"两端深,中间浅"的拱形特点. (3)混合层深度距平场EOF第一模态时间变化为周期的年信号,北太平洋和北大西洋、南大洋(尤其是南极绕流区)都是MLD变化剧烈的海域,第二模态显示全球大洋混合层深度距平存在着一个半年的变化周期.     

基于遗传算法优化的ENSO指数的动力预报模型反演

基于NCEP/NCAR提供的1958～1995年全球月平均海温距平场再分析资料,采用动力系统反演思想和遗传算法途径,进行了El Nino/La Nina指数的动力预报模型的参数优化和模型反演,从上述海温资料中重构了Nino3海温距平指数的非线性动力模型.模型预报试验结果表明,遗传算法具有的全局搜索和并行计算优势能够客观、有效地反演海温指数的动力预报模型,对Nino3海温指数和El Nino/La Nina事件进行较为客观准确的预测,为El Nino/La Nina预测提供有益的研究参考.     

支持向量机优化的克里金插值算法及其海洋资料对比试验

针对常规克里金插值方法中变异函数为有限确定函数,难以准确刻画实际数据分布（特别是复杂要素资料的空间结构）的不足,基于最小二乘支持向量机从实际资料场中拟合重构变异函数的研究思想,提出了一种改进的插值方法——支持向量机—克里金插值算法（SVM-Kriging）。采用常规的克里金方法和支持向量机—克里金插值方法（SVM-Kriging）进行插值试验和对比分析,结果表明：支持向量机—克里金方法（SVM-Kriging）的变异函数源自实际的数据场,它克服了常规克里金插值对变异函数选择的依赖性以及变异函数选择的主观性和人为性,表现出较好的针对性和客观性,较为有效地改善了插值效果。     

基于交叉小波与小波相干的西太平洋副高与东亚夏季风系统的关联性分析

采用交叉小波变换与小波相干方法,利用NCEP/NCAR 再分析资料以及 NOAA 卫星观测的 OLR 资料,分析了2006年夏季西太平洋副高的异常活动及其与东亚夏季风系统相关的时延位相特征.分析结果表明,副高指数与东亚夏季风系统成员特征指数的交叉小波功率谱和小波相干谱能够有效揭示周期尺度为14～20 d的不同影响因子与副高指数的时频特征和时滞相关性.分析证实,马斯克林高压和南亚高压对副高的西伸、北跳有较好的预报意义;热带ITCZ和副热带高空急流的加强北移与副高脊线的北跳同步;副高北跳利于降水在华南发生,反过来,雨带的产生又有利于副高的进一步西伸.     

基于SODA资料的太平洋及我国周边海域温差能资源时空特征分析

基于简单海洋数据同化数据集的逐月再分析海温资料,对1971年1月至2010年12月共40年的太平洋及我国周边海域温差能资源的时空特征进行统计分析,得到以下主要结论:（1）温差季节变化特征明显,北半球的20℃等温差线从冬季到夏季可由20°N扩展到40°N,而南半球的温差受季节变化相对较小;温差能有效开采区域集中在30°S~40°N范围内,但纬向分布不均;可近似将气候态平均的20℃等温差线作为全年可开采区域的边界;（2）太平洋绝大部分海域的温差能等价深度呈逐年上升趋势,最大可达近2 m/a;温差能的变异系数具有明显季节变化特征但总体维持在较低水平,有效开采区域之内的变异系数在各季节均低于0.1;（3）我国温差能资源在南海及台湾以东海域最为丰富,其温差维持较高水平,能量密度总体呈逐年上升趋势,能量的稳定性较好且可实现全年有效开采,其最佳利用时间为5-7月,最差利用时间为2-3月;（4）太平洋温差能储量在TW量级,且以2.83 GW/a的趋势递增。     

台湾以东表面黑潮流量与涡旋场相互作用研究

本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993年~2015年的卫星遥感海面高度和海表流场逐日资料,分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近海域的涡旋场（海面高度异常）,得到了台湾以东表面黑潮流量和涡旋场的四个主要周期,并研究了不同对应周期的黑潮表面流量及其邻近涡旋场之间的相互作用关系。论文主要结论如下：（1）基于小波分析法,分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近的涡旋场,发现两者都具有明显的季节、年和年际变化周期。对于表面黑潮流量,除了具有182天（0.5年）和365天（1年）的显著周期外,还存在860天（2.35年）和2472天（6.8年）左右的较为明显的周期。涡旋场也相应地存在200天（0.55年）、374天（1年）、889天（2.43年）和2374天（6.5年）四个较明显的周期,但在不同的纬度存在一定差异;（2）基于相关分析和因果分析法,分析了以上四个周期内表面黑潮流量及其邻近涡旋场的相关性,揭示了黑潮与涡旋在不同周期区间、不同纬度相互影响关系的差异。     

自组织神经网络模态振幅算法及其在南海海面高度异常年际变化中的应用

作为一种非监督分类方法,自组织神经网络在气象和海洋学科中的应用越来越广泛,但该方法无法给出要素场典型模态随时间变化的振幅。基于所输入要素场与典型模态场的相似程度能够反映出典型模态在该时刻强弱程度的思想,提出了一种简便易行的自组织神经网络模态振幅算法,并应用于南海海面高度异常研究。根据该算法计算出了1993—2008年南海海面高度异常年际变化空间分布模态相应的振幅,根据振幅时间序列进一步正确计算出了Nio 3指数与这些模态的延迟相关关系,表明本文模态振幅算法有效。     

海温观测资料的三维时空分布和偏度特征研究

利用包含Argo和WOD05的历史现场观测数据集,分析研究了全球历史海温观测的三维时宅分布特征,并对观测数据的偏度特征进行研究.研究结果表明:1)海温观测数据在全球许多海域(特别是南大洋和北冰洋)较为稀少,大多数观测集中在北欧沿海、北美的东西部沿海和西北太平洋区域以及其他少数区域;北半球观测数据明显多于南半球;2)海温具有明显的非对称性分布特征,其非正态分布和有偏现象是一个全球的普遍现象,且随着海区和深度而变化;非正态分布网格数量在任意给定的深度层次上占总网格数的比率超过80%:3)海温观测在各水平层次总体上具有正偏的特性,但在黑潮、湾流、南极绕极流等区域呈现出负偏的特征;具有正偏分布特征的区域网格数量占全球网格总数的比例随着深度的增加而增加,至600 m时达到75%左右.     

分形插值参数的遗传优化及其ARGO海温场应用试验

针对常规分形插值方法中垂直压缩因子参数无公认选择标准和有效途径的问题,提出一种分形插值的改进算法,用遗传算法对分形插值模型的垂直压缩参数进行了优化选择并进行了ARGO海温资料插值加密的对比试验。试验结果表明,经遗传优化后的分形插值方法在海温复杂细节结构和小尺度特征描述等方面较常规插值等方法更具优势,改进了分形插值结果的客观性和正确性。