基于机器学习的海洋环境预报订正方法研究

结合中尺度数值模式 WRF 预报数据和 ERA5 再分析资料,利用机器学习方法对 WRF 预报场的风场、温度、气压进行预报订正。采用 ERA5 作为真值,与原始 WRF 预报相比,利用随机森林模型可以将预报结果整体均方根误差降低 44%以 上,利用深度神经网络模型可以将预报结果整体均方根误差降低 34%以上。通过随机森林模型实验得到不同输入特征对预报要素的影响程度,分析了关键的预报订正因子。     

国土空间规划的海洋分区研究

国土空间分区作为国土空间规划编制和自然资源统一管理的基础,对整个规划体系具有重要的支撑作用。在统一的国土空间规划体系下,用海分区既有其独立性与特殊性,也面临着陆海统筹、生态文明建设、海洋高质量发展等政策提出的 新要求。文章系统梳理了 1983 年以来海洋功能分区体系 4 次演变历程,结合国土空间规划改革对分区体系的内在需求,指出海洋功能分区体系存在未覆盖海域全域,分区层级的尺度、分工、内容和结构与国土空间规划的要求不一致,分区方案未考虑用途管制的需求,以及陆海统筹不足等问题。在剖析现有各类规划政策分区、管制分区和功能分区在国土空间规划体系中的定位和作用的基础上,提出以海洋主体功能区为基础,海洋生态红线为底线,以原海洋功能区划分区为主体,将无居民海岛纳入规划范围,并在生态、农业、城镇空间的大框架下统筹协调海陆分区,形成国土空间规划中的海洋分区体系。全国和省级国土空间规划统筹海陆主体功能,划定主体功能区,并建立海洋产业保障区名录、无居民海岛保护与利用名录和海洋自然保护地名录。市县级国土空间规划划定“功能+管制”的利用分区,共划分出海洋保护区、海洋发展区和海洋保留3个一级分区以及核心保护区、一般控制区、海水增养殖区等 12 个二级分区。     

恢复图们江出海权对东北亚区域经济政治和我国东北地区的影响和对策

为充分发挥图们江特殊地理位置的重要作用,促进国际和国内区域发展,文章分析恢复图们江出海权对东北亚区域经济政治和我国东北地区的影响,并提出对策建议。研究结果表明：我国恢复图们江出海权具有法理依据和现实需求;恢复图们江出海权对东北亚区域的能源和资源合作开发、中蒙俄经济走廊建设、环日本海国家经济合作以及东北亚区域政治格局具有重要影响,同时有利于我国东北地区维护边境地区安全、促进海洋经济发展、振兴东北老工业基地、打造海运通道和平衡区域经济发展;我国应抓住历史机遇,积极借助国际组织力量、对接各国发展需求以及以经济发展取代政治分歧,尽快恢复图们江出海权,为国际和国内区域发展提供保障。     

柔性水囊潜堤消波特性的溃坝水槽试验研究

柔性水囊潜堤由橡胶制成,内部充水,具有结构简单、造价低廉等优点,能较好满足人工岛、跨海桥梁、海洋平台等基础设施建设工程对简单便携、拆装方便的临时防波堤的需求。为了探究柔性水囊潜堤的消波特性,在溃坝水槽内开展溃坝波与半圆柱形柔性水囊潜堤相互作用的试验研究,重点探究柔性水囊潜堤与溃坝波相互作用过程中水位变化特性,并与半圆柱刚性潜堤的性能进行比较;同时分析柔性水囊潜堤内部初始水压和浸没深度等参数对其消波性能的影响。结果表明：柔性水囊潜堤能够用作临时防波堤来衰减波浪;与半圆柱刚性潜堤相比,柔性水囊潜堤在降低溃坝波无量纲最大水位、提高消波性能方面更具优势;内部初始水压是影响柔性水囊潜堤消波性能的重要因素,适当降低内部初始水压,有利于增强柔性潜堤的变形程度,进而增加波能耗散,可获得更好的消波效果;而增加浸没深度即潜深,会使得柔性水囊潜堤对溃坝波的影响程度降低,消波效果减弱。     

我国滨海湿地生态修复领域规范的现状与分析

滨海湿地是地球上十分重要的一类生态系统, 可为人类社会提供诸如调节气候、降解污染、碳汇氮汇等众多生态服务功能。近年来, 由于气候变化和围填海等开发活动的影响, 我国滨海湿地面积锐减, 功能退化, 面临多种生态问题。为应对滨海湿地退化及日益凸显的生态环境问题, 滨海湿地保护和修复工作逐渐受到重视, 滨海湿地生态修复工程项目的数量和规模也随之急剧增加。滨海湿地生态修复技术规范对滨海湿地生态修复工作具有重要意义, 然而我国滨海湿地生态修复领域规范体系尚不完善, 导致滨海湿地生态修复项目实施无序以及生态修复成效低等问题。本文全面搜集了我国滨海湿地生态修复领域规范, 对检索到的规范进行分类统计与分析, 从而揭示其存在的问题, 主要包括规范体系系统性不足、生态修复理念滞后、规范之间缺乏协调性、规范可操作性差、规范更新迟滞等。针对存在的问题提出了相应的对策建议, 为完善我国滨海湿地生态修复领域规范体系、不断推进我国生态文明建设进程提供参考。     

有限尺度李雅普诺夫指数与海表温度梯度相关性的初步分析

为了探究海表温度和海面高度之间的瞬时相关性,介绍了一种卫星测高数据的拉格朗日分析指数--有限尺度李雅普诺夫指数(Finite Size Lyapunov Exponent,FSLE),以黑潮延伸体区域的涡旋和南大西洋的亚南极锋为例,通过对观测、模式结果和融合产品结果的分析,探讨了该指数与海表温度梯度(Sea Surface Temperature Gradient,SSTG)之间的相关性。比较FSLE图像和SSTG图像发现,FSLE与SSTG均呈丝状结构,对海洋表层水体结构描述具有一致性,尤其在温度梯度大和地转流强的区域更为一致。二者的一致性要远好于其他常用方式,比如全流速、OW参数涡旋识别方法和Winding-Angle涡旋识别方法。不同区域FSLE与SSTG之间的相关性表现不同,黑潮延伸体区域相关系数存在显著的季节变化,而南大西洋亚南极锋区域季节内变化突出。     

东印度洋海域最优深度基准面模型构建

利用东印度洋海域周边长期验潮站实测数据、TOPEX/Poseidon等系列卫星测高反演结果,评估了DTU10,EOT11a,FES2014,GOT4.8,OSU12和TPXO8六种全球潮汐模型精度,根据卫星测高结果给出了浅水分潮改正量和长周期分潮改正量的经验模型,又在此基础上分析并构建了研究区域精度最优的深度基准面模型。考虑到全球潮汐模型在近岸的影响因素及验潮站位置,将13个验潮站分成开阔海域与近海海域两类,与潮汐模型的对比,结果表明,DTU10和FES2014模型分别在开阔海域和近海海域精度最优。根据潮汐模型在不同分潮处的精度,如EOT11a模型在O1和K1分潮处精度较高,DTU10在N2,M2,S2和K2分潮处精度较高等,分别构建了开阔海域与近海海域的组合深度基准面模型,计算得知误差分别为11.33和20.95 cm,其精度显著提高。     

中国东部海域冬季风场与海浪场的关联特征分析

利用WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的1993-2011年中国东部海域19 a冬季逐日海浪场资料以及同期CCMP逐日风场资料,采用奇异值分解(SVD)的方法分析了冬季中国东部海域海浪场与提前0~5 d的东亚大陆地面风场的关联特征。结果发现:海浪场与提前1 d的地面风场的关联更有意义;SVD第一模态和第二模态分别反映了贝加尔湖以东南下的反气旋式偏北扰动大风(或气旋式偏南扰动大风)和中国东部平原入海的气旋式扰动风场(或反气旋式扰动风场)对中国东部海域海浪的扰动影响。此外,SVD分析还揭示了冬季影响中国东部海域海浪的大风关键区和移动路径;随着时间的推移,大风关键区从贝加尔湖以东逐步由蒙古南下影响中国东北和华北地区,最后到达中国东部海域。     

基于Landsat数据的近30年上海大陆岸线变化分析

为了研究上海大陆岸线的最新变化,以5年为间隔,选取1988~2019年间的近30年多期Landsat遥感影像,采用多尺度分割和光谱分割相结合的分割方法,提取影像中研究区域的水边线,并利用同年不同时相的水边线和平均大潮高潮位数据进行潮位校正,获取相对准确的海岸线位置。使用线性回归速率方法(LRR)对大陆岸线的外扩距离和速度变化进行了统计,同时对上海大陆岸线长度和面积的时空变化进行了分析。结果表明,从1988~2019年,上海大陆岸线总长度增加了10.4km,增幅达5.19%,长度变化呈“减增减”的趋势。海岸线的平均外扩距离为1.35km,平均LRR值为50m/年,外扩距离最大处位于南汇嘴。上海大陆沿岸总的新增土地总面积达到220.39km²。     

复杂载荷作用下立管触地段损伤管道的动力响应

触地段(Touchdown zone, TDZ)是在役钢悬链线立管(Steel catenary riser, SCR)的关键部位,在复杂载荷作用下,极易形成损伤缺陷,其载荷寿命的评估是深海结构工程中的一个关键问题。本文以大型有限元软件ABAQUS为平台,运用损伤管道实体单元与土弹簧阻尼单元相互作用的模型模拟触地段损伤海底管道在复杂载荷作用下的动力响应,数值计算考虑了管-土相互作用过程中的材料非线性、几何非线性以及接触非线性。讨论了单一环向体积损伤位于触地段管道的不同位置时,触地段损伤管道在不同载荷作用下的动力特性及特征点的动力响应。结果表明,管道所受内外压力以及管道提升端的竖向位移载荷会影响结构的自振频率;体积损伤部位的动力响应较完好部位更剧烈;体积损伤的位置和动力载荷频率对管道动力放大系数的影响很大;当动力载荷的激励频率越接近结构基频时,损伤管道的动力响应及动力放大系数越大。