基于稀疏AR模型的潮流信号建模与预报

潮流信号处理与预报在很多方面具有非常重要的意义和价值。本文引入信号稀疏表示理论,构建一种稀疏AR模型,寻找各潮流数据间的历史关联性,并进行预报分析。首先由实测潮流信号进行常规AR建模,获得一组过完备稀疏基;其次随机从该过完备稀疏基抽取部分建立欠定方程组,利用稀疏优化算法获得最稀疏的AR系数;多次重复上一步,获得稀疏AR系数的平均以增强稀疏AR模型的稳定性;最后利用这些稀疏AR系数来重构或预测潮流信号。文章针对实测潮流信号,特别是存在多峰值有回流现象的潮流信号,进行了稀疏AR建模与预测的多次实验。实验结果与传统的潮流信号调和预报方法相对比,发现基于稀疏AR模型的潮流预报对于潮流存在多变的现象时,具有明显优越性,从回报结果来看,稀疏AR模型的潮流预报均方差明显小于传统潮流调和分析预报方法。     

极地深海冰盖条件下声传播数值试验

研究极地深海声传播特征具有重要的经济、军事价值,战略意义重大。基于KRAKENC分层弹性介质简振波模型对极地深海冰盖条件下的声传播特征进行数值模拟,得出极地海域向上折射环境和较小深度声源,是形成声道现象必要条件;冰盖的散射作用导致声传播衰减强烈,且深度越大的水层受冰盖影响越小,受海底边界影响越大;声源深度越小,受冰盖影响越大。     

北戴河近岸海域表层沉积物重金属分布特征及污染评价

分析了北戴河近岸海域表层沉积物重金属含量和空间分布特征,利用修正综合指数法和潜在生态风险指数法对其污染程度进行了评价。结果表明,该区表层沉积物重金属平均含量较低,高值区主要分布在西南角和东北角河口,低值区主要分布在中部;区内重金属污染程度总体上处于较低至中等等级,污染相对明显的为人造河口、石河口和秦皇岛城区近岸海域。相对而言,Hg是主要的致污元素。     

舟山海域风暴潮特征及数值模拟研究

选择20个对舟山海域有较大影响的历史台风案例,开展定海站实测潮位数据的分析与归纳,总结得出20个台风中风暴潮过程增水最大值为5612号台风的207.1 cm,风暴潮高潮位最大值为9711号台风的283.7 cm。同时,在三维斜压水动力模型SELFE的基础上加入台风气压场和风场模块,建立了一个采用非结构三角形网格的天文潮-风暴潮耦合模型,模拟表明定海站的斜压效应较为明显,非线性耦合作用相对较弱,但两潮耦合风暴潮增水结果仍优于风暴潮单因子增水结果,与实际增水更为接近。在此基础上,以一定间隔在5612号台风原路径南北两侧各设计了2条平行路径,分别模拟两潮耦合风暴潮增水,结果表明5612号台风参数沿其原路径偏南1个最大风速半径距离的S1路径运动时可模拟得到定海站可能最大风暴潮增水为243.9 cm。最后,在S1路径下模拟可能最大风暴潮增水分别遭遇天文高、中、低潮位时的风暴潮高潮位,结果表明天文潮高潮时可得到可能最大风暴潮高潮位约为400 cm,天文中潮时次之,而天文低潮时风暴潮高潮位最低。     

潮流能电站建设项目经济评价研究

潮流能电站建设项目经济评价研究旨在为建设投资决策和项目核准提供依据。在比较与研究水电和风电经济评价的成果、分析潮流能电站建设项目及其经济评价特点的基础上,参考《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》的理论与方法,给出了潮流能电站建设项目经济评价的内容、步骤、参数和方法;强调了国民经济评价的重要性和敏感性分析的必要性;提出了海洋能电站利国利民,但建设成本和运营成本高,国家应给予海洋能电站建设项目政策优惠的建议;并说明了评价方法还应在实践中检验和不断完善。潮流能电站建设项目经济评价方法对促进沿海能源结构调整、节能减排、缓解气候变化以及促进偏远海岛能源供给,加强海岛建设以及巩固海防都具有重要的意义。     

广西钦州湾海域生态健康评价与分析

根据2009-2011年对广西钦州湾海域的综合调查结果,采用《近岸海洋生态健康评价指南》中的河口及海湾生态系统健康评价方法对该海域的生态系统健康状况进行评价与分析。结果显示,水环境健康指数、沉积环境健康指数、生物残毒健康指数、栖息地健康指数、生物健康指数分别为14.61,9.93,9.00,7.50,13.38,海域生态系统健康指数为54.42。表明,钦州湾近岸海域水环境和沉积环境都处于健康状态,未受生物残毒污染,而栖息地和生物指标分别处于不健康状态。综合5类评价因子的评价结果,判定该海域生态环境处于亚健康状态。     

滨海旅游区溢油评价建模与系统实现

近几年海洋溢油事件频发,对滨海地区旅游环境造成了严重的污染。针对滨海旅游区的溢油现象进行定量评价,寻求合理的评价方案是当前相关领域专家学者普遍关注的问题。本文根据滨海旅游区生态系统的特性,以滨海旅游区的海水水质、岸滩环境和溢油危害为评价内容,构建滨海旅游区溢油污染评价指标体系和滨海旅游区溢油污染综合评价模型,并且基于GIS技术进行了系统架构设计与实现。通过模拟海洋溢油事件,对该系统进行了测试。测试结果表明:该系统能够对溢油区的污染等级做出快速评价。本研究为滨海旅游区的溢油污染评价提供了新的方法,该系统能够辅助相关部门管理溢油相关的综合信息,在溢油发生时快速反应,采取应急措施。     

基于LSTM的海洋表面短期风速预测研究

为实现对海面风速精确的短期预测,提出了一种基于长短期记忆(LSTM,longshort-termmemory)神经网络的短期风速预测模型,选取OceanSITES数据库中单个浮标站点采集的风速历史数据作为模型输入,经过训练设置最佳参数等步骤,实现了以LSTM方法,对该站点所在海区海面风速在各季节性代表月份海面风速的24 h短期预测。同时通过不同预测时长的实验以及与BP(back propagation)神经网络神经网络和径向基函数神经网络(radialbasisfunctionneuralnetwork,RBF)的预测效果对比实验,证明了LSTM预测方法相比上述两种神经网络预测方法,在海表面风速预测应用中的优越性。最后通过多个海域对应的站点风速数据预测实验,证明了LSTM神经网络模型的普遍适用性,由相关系数和预测误差的分析可知该方法具备应对急剧变化数据的预测稳定性,可以作为海洋表面风速短期预测的一种可靠方法。     

基于指标体系法的海湾生态系统健康评价方法——以莱州湾为例

海湾生态系统在维持能量流动、物质循环、生物群落稳定和生态系统平衡等方面发挥重要作用。文章基于2011-2020年夏季监测数据,选取水环境、沉积环境、生物群落、初级生产力和生态灾害5类指标,通过层次分析法与专家咨询法相结合的方式确定指标权重,基于指标体系法构建莱州湾生态系统健康评价指标体系。评价结果表明：莱州湾近岸海域生态系统长期处于亚健康状态,主要影响指标为水环境和生物群落;生态系统健康评价结果与现行《近岸海洋生态健康评价指南》基本一致,但本方法能够识别溢油和台风等极端事件对生态系统造成的不利影响,较传统方法更为灵敏;区间型指标和环境容许值的引入可避免监测数据“劣势掩盖”“信息漏缺”以及极限监测值对评价结果的放大问题。     

福建沿海全新世相对海平面变化:地质记录与“冰川?水均衡调整”模拟对比

重建高质量的全新世相对海平面变化曲线,可为海岸带人类社会科学预测及应对未来海平面上升风险提供重要的地质历史依据和长时间尺度的数据参考。目前已发表了多条福建海岸带全新世相对海平面变化曲线,然而已有曲线反映的相对海平面变化历史存在较大差异,甚至是矛盾结果。同时,相对海平面长期变化机制及影响因素也不明确。本研究收集、整理了福建沿海已发表的全新世相对海平面数据,对已有数据的年代、高程、指示意义等属性信息进行重新检查和校正,根据国际方法体系,建立了该区域一个标准化的全新世“相对海平面数据库”,共包括海平面数据183个。在此基础上,采用“变量误差–综合高斯（EIV-IGP）”统计学模型,提出了一条新的福建沿海全新世相对海平面变化曲线。并应用“冰川–水均衡调整”（GIA）理论,开展了相对海平面变化GIA模拟。最后,综合相对海平面变化地质记录及GIA模拟结果,得出以下结论:（1）福建沿海距今11.28～7.08 cal ka,相对海平面由（–23.55±6.94）m快速连续上升至（–1.51±1.80）m;距今7.08～4.08 cal ka,相对海平面由（–1.51±1.80）m缓慢上升至约（1.09±1.38）m;距今3.48 cal ka前后,相对海平面高于现代海平面约（1.35±1.23）m;此后,波动下降并逐渐接近现代位置;（2）“冰川–水均衡调整”作用是福建全新世相对海平面变化的主要长期作用机制;距今11.28～7.00 cal ka,相对海平面变化主要受冰盖融水控制;距今7.00 cal ka以来,“水均衡调整”作用逐渐占据主导;（3）福建沿海中–晚全新世（距今6.75～0.16 cal ka）期间,存在高于现今海面位置的“高海平面”现象;不同于传统构造运动主导观点,研究认为GIA引起的“陆地掀斜”和“海洋虹吸”作用,可能是该区域“高海平面”现象产生的主要原因;（4）福建沿海全新世相对海平面变化,存在一定程度的空间差异。不同岸段之间的沉积物压实、差异性构造运动和潮差变化等非GIA因素,可能是这一现象产生的重要原因。