基于海图数据的水下岸坡插值精度分析对比研究

数字高程模型是研究水下岸坡冲淤变化的一种重要手段。不同的插值方法和像元大小都会对数字高程模型的精度产生影响,从而导致冲淤分析结果的变化。本研究使用了六种常用的插值方法 (ANUDEM、反距离函数法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、不规则三角网转栅格法)对莱州湾和烟台港不同年份和尺度的水深数据进行了插值,计算了均方根预测误差、源数据残差均方根误差、残差均值、残差最大值和残差最小值等精度计算指标。结果表明ANUDEM和自然邻域法的均方根预测误差和源数据残差均方根误差均小于1 m。ANUDEM和自然邻域法对不同尺度的水下岸坡数据插值有着较好的适用性。     

中国主要入海河口咸潮入侵变化特征

长江口、钱塘江口和珠江口是受咸潮影响较为严重的区域。本文利用全国沿海海平面变化影响调查、沿海水文观测等数据,分析了近十年长江口、珠江口和钱塘江口咸潮入侵的变化特征及影响。分析结果表明:(1) 2009-2018年,长江口咸潮入侵次数和持续时间均呈减少趋势,该时段长江口共监测到约48次咸潮入侵过程,发生时间集中在9-10月至翌年5月,其中3月和11月入侵次数较多,分别为12次和7次。(2)钱塘江口咸潮入侵过程受沿海季节性海平面影响显著,12月至翌年3月为钱塘江口季节性低海平面期,4-7月上旬径流量较大,上述两个时期钱塘江口受咸潮入侵的影响均较小,7月下旬至11月上旬,钱塘江口处于季节性高海平面期,是咸潮影响的集中时段。(3) 2009-2018年,珠江口共监测到约57次咸潮入侵过程,发生时间集中在9-10月至翌年3-4月,其中1月、2月和10月咸潮入侵次数较多,均超过10次,2015年至今咸潮持续时间明显增加。(4)咸潮入侵次数和持续时间与基础海面和径流量等密切相关,咸潮入侵影响三大河口沿线水厂供水以及工农业生产取水,给沿岸城市的居民生活、工农业生产和渔业养殖等造成一定不利影响。     

长江河口潮波传播机制及阈值效应分析

河口潮波传播过程受沿程地形(如河宽辐聚、水深变化)及上游径流等诸多因素影响,时空变化复杂。径潮动力非线性相互作用研究有利于揭示河口潮波传播的动力学机制,对河口区水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文基于2007—2009年长江河口沿程天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山、芜湖的逐日高、低潮位数据及大通站日均流量数据,统计分析不同河段潮波衰减率与余水位坡度随流量的变化特征,结果表明潮波衰减率绝对值与余水位坡度随流量增大并不是单调递增,而是存在一个阈值流量和区域,对应潮波衰减效应的极大值。为揭示这一阈值现象,采用一维水动力解析模型对研究河段的潮波传播过程进行模拟。结果表明,潮波传播的阈值现象主要是由于洪季上游回水作用随流量加强,余水位及水深增大,导致河口辐聚程度减小,而余水位坡度为适应河口形状变化亦有所减小,从而形成相对应的阈值流量和区域。     

同步改正法平均海面传递应用于海南岛礁测绘的探讨

同步改正法因其特点和优势被广泛应用于平均海面传递,文中从平均海面的理论定义和实际计算两方面出发,对同步改正平均海面传递法原理进行了论述。利用海南岛周边的长期验潮站数据,按单站传递和多站组网传递分别分析了同步改正平均海面传递的规律。结果表明,单站传递同步观测10 d能满足岛礁测绘对垂直基准面精度的要求,采用多站组网传递能较明显地减少同步时长较短时的极限误差。当采用多站组网平均海面传递同步观测5 d,其极限误差可达10 cm以内,建议在同步观测时间有限时采用该方法。结合海南岛验潮站和岛礁分布情况,同步改正平均海面传递法应用于海南岛礁测绘是可行的。     

江苏海岸中部近岸冬季潮汐和潮流特征

南黄海西侧的江苏海岸近岸区域,素以地形复杂、潮流强劲、悬沙输运剧烈著称,但是较长期的同步潮位和潮流观测数据仍然缺乏,尤其是在近岸(20 km)浅水(20 m)区域。2014年1月在大丰港附近开展了连续潮位和潮流观测,获得的数据揭示了一系列特征。此地潮汐潮流为正规半日潮,浅水分潮显著。平均潮差为3.05 m,最显著的两个分潮为M2和S2分潮,振幅分别为1.45 m和0.52 m。潮流最显著的半日分潮M2分潮和最显著的浅水分潮M4分潮在沿岸方向上振幅分别为0.84m/s和0.12m/s,在跨岸方向上振幅分别为0.24 m/s和0.01 m/s,沿岸方向占绝对优势。潮波的沿岸传播介于前进波和驻波之间,驻波的特征稍强。M2分潮潮流椭圆最大流(长轴)方向为南偏东7.4°。存在冬季沿岸向北的余流,垂向平均值的大小为2.2 cm/s。以上潮汐潮流特征为该区域海洋物质输运研究提供了基础资料。     

气候变化中海洋和冰冻圈的变化、影响及风险

本文系统梳理了IPCC 《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》(SROCC)的主要结论,并对主要观点进行了解读。报告主要关注全球变暖背景下高山、极地、海洋和沿海地区现在和未来的变化及其对人类和生态系统的影响,以及实现气候适应发展路径的方案。在全球变暖背景下,冰冻圈大面积萎缩,冰川冰盖质量损失,积雪减少,北极海冰范围和厚度减小,多年冻土升温,全球海洋持续增温,1993年以来,海洋变暖和吸热速度增加了一倍以上。同时,海洋表面酸化加剧,海洋含氧量减少。全球平均海平面呈加速上升趋势,2006—2015年全球海平面上升速率为3.6 mm/yr,是1901—1990年的2.5倍,但存在区域差异。高山、极地和海洋的生态系统的物种组成、分布和服务功能均发生变化,并对人类社会产生了显著负面影响。极端海洋气候事件发生频率增多,强度加大。1982年以来,全球范围内海洋热浪的发生频率增加了一倍,且范围更广,持续时间更长。海平面持续上升加剧了洪涝、海水入侵、海岸侵蚀等海岸带灾害,并影响沿海生态系统。海洋及冰冻圈的变化及其影响在未来一定时期仍将持续,应对这些影响而面临的挑战,应加强基于生态系统的适应和可再生能源管理,强化海岸带地区的海平面上升综合应对,打造积极有效、可持续和具有韧性的气候变化应对方案。     

2DVAR方法在台湾海峡海表流场融合中的应用

高频地波雷达可以提供沿岸大面积海表流的观测,但单个地波雷达只能提供径向流观测。本研究发展了一套二维变分(Two-Dimensional VARiational Method, 2DVAR)数据融合方法,将台湾海峡海域的地波雷达径向流数据与ROMS (Regional Ocean Model System)模式输出结果进行融合,得到一套较好的融合产品。结果显示,融合产品与雷达径向流的平均相对误差相较于模式输出与雷达径向流的平均相对误差由9.70%降低至1.54%。为进一步检验融合方法,设计了两种独立样本试验。试验一将雷达径向流按空间均匀划分为融合样本与独立样本,使用雷达融合样本与模式输出进行融合,此时融合结果的平均均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)相较于模式输出由0.41 m/s降低至0.19 m/s。试验二将雷达径向流和模式输出在空间上都均匀划分为融合样本与独立样本,对两种数据的融合样本进行融合,使用TC (Triple Collocation)方法估计模式输出、雷达观测与融合结果的误差方差,此时融合结果的平均误差方差最小,且其误差方差相对于独立的雷达径向流与模式输出在远岸处有明显减小。以上结果都表明融合数据更加接近实际海流,证明了2DVAR方法融合海表流的有效性。     

蒸发波导环境下风浪对电磁波传播影响的数值模拟研究

蒸发波导是一种特殊的大气波导,在其中传播的电磁波信号会被陷获在近海大气层中,实现超视距传播。受海表面温度、湿度、风速、微波频率等因素的影响,海洋蒸发波导环境中的微波传播特性起伏变化很大,规律十分复杂。以往的工作主要通过计算这些气象因素对蒸发波导条件下大气折射率剖面的影响来分析它们对路径损失的作用,其结果与实验数据仍有较大差异。本文在一定的蒸发波导条件下,利用一维分形海面模型产生海面“地形”,将其作为抛物方程电磁波传播模型的边界条件进行计算,得到相应的路径损失,并与传统计算方法进行对比,分析了不同蒸发波导高度、不同频率及不同接收天线高度时的数值模拟情况,可为舰艇通信系统或者雷达系统的设计提供相应的依据。     

基于融合U-Net及ConvLSTM的海面高度异常预报方法研究

海面高度异常是反映海洋环境状况的主要变量之一。本文使用1993—2019年的融合月均海面高度异常数据,建立了基于深度学习的海面高度异常预测神经网络模型,提出了基于融合U型网络(U-Net)和卷积长短记忆网络(ConvLSTM)的中长期海面高度异常预报模型。在研究海域0.25°×0.25°的空间分辨率下,模型测试集预报结果的均方根误差和平均绝对误差分别为0.039 m和0.027 m,均优于全连接LSTM预报模型和ConvLSTM+CNN预报模型,为大中尺度的海面高度异常预报提供了新的方法。     

燕山地区重、磁场特征分析与构造分区

本文对燕山地区的重、磁异常进行了处理与分析，根据重力场和磁场特征提出整个研究区分为4个部分。由北往南为：丰宁-隆化断裂带以北地区；丰宁-隆化断裂带至密云平泉之间的地区；密云-平泉至三河-昌黎之间的地区；三河-昌黎以南的平原区。丰宁-隆化断裂带为内蒙地轴（即华北地台北缘隆起带）南部边缘的界线。丰宁-隆化和三河-昌黎密度陡变带，以及密云-半壁山密度陡变带可能延深至中地壳。承德县-平泉密度陡变带延深比前面的密度陡变带略浅一些。