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。     

基于遥感数据和表层声速的全海深声速剖面反演

海洋声速剖面严重影响着水下声传播特性,近实时地获取声速剖面对水下声通信、水下定位、鱼群探测等都有重要意义。单经验正交函数回归（single Empirical Orthogonal Function regression,sEOF-r）方法通过建立声速剖面的经验正交系数与海面遥感数据之间的线性回归关系来反演声速剖面。但是,海洋是一个复杂的动力系统,声速与海面遥感数据并不是简单的线性关系,因此,本文基于Argo历史网格数据,通过自组织映射（Self-Organizing Map,SOM）生成海平面高度异常（Sea Level Anomaly,SLA）、海表面温度（Sea Surface Temperature,SST）等海表遥感数据以及表层声速仪测量的表层声速与声速剖面异常之间的非线性映射;然后利用近实时的海表遥感数据和表层声速反演三维海洋声速场。声速剖面反演的结果表明,在多源信息融合的优势下,本文方法的反演性能最稳定且精度最高,声速剖面的平均反演精度比经典sEOF-r方法提高约2 m/s,比未考虑表层声速的经典SOM方法提高约1 m/s。     

500 hPa高度场上两极和赤道位势高度气候演变规律的研究

本文运用近50 a来500 hPa层次上南极、赤道和北极位势高度以及南北半球西风指数的资料,分析了它们的时间演变规律及其相互间的关系.结果表明,南极位势高度显著下降;赤道位势高度显著上升.南极、赤道和北极位势高度都存在着显著的年际、年代际变化特征.总体上,南极位势高度与赤道位势高度有极其显著的负相关关系,北极与赤道的位势高度之间以及两极位势高度之间相关关系不显著;在共振的特定频率中,北极位势高度振荡落后于南极位势高度,赤道位势高度振荡又落后于两极位势高度振荡,气候变化最先开始的区域为南极地区.进一步分析表明,伴随着以上三个区域的位势高度趋势变化及其周期振荡,必然引起高空西风的增强与周期振荡.研究表明,南北两半球西风指数都存在显著的上升趋势,且存在显著的年代际变化特征.其中,南半球西风指数上升幅度较北半球大,其振荡落后于南极位势高度.     

海冰爬坡和堆积行为的试验研究

对于浅海区采油平台等设施常采用斜坡式人工岛形式,虽然在一定程度上起到降低海冰对平台的作用,但是海冰沿着斜坡上爬至平台并形成堆积,同样也会对平台设施造成破坏,因此有必要对海冰堆积爬坡的关键参数进行研究。通过在冰排前进方向放置混凝土实体结构物模拟海冰堆积和爬坡过程,分析了模型冰爬坡和下滑角度、最大堆积高度等关键参数以及模型冰断裂长度的统计特性及其与变形模量的关系,试验结果表明水位越高,冰排越容易发生堆积爬坡。破碎的模型冰在结构物前堆积后,形成爬坡角和下滑角。爬坡角随着堆积体的增大而增大,下滑角则逐渐减小。堆积冰高度一定时,高度不再增加,在来冰方向会形成新的堆积。这种现象为浅海区海上结构物的防冰减灾提供了新思路。     

钱塘江涌潮简析与预报

根据１９９１年观测资料，仑前潮位站出现涌潮１８４次，涌潮次数多少与江道地形变迁及上游下泄流量大小有关。涌潮高度在１．２－２．２ｍ之间，与涨潮潮差成正比。涌潮潮时预报方法有传播时间法和隔日滞后时间法。涌潮高度的预报，可根据当天涌潮高度预测后一天涌潮高度，也可根据下游站的涌潮高度预报上游站的涌潮高度。     

海温气候振动和北半球对流层高度场变化

近40年赤道太平洋和北太平洋月平均海温距平场分布存在着短期气候振动,分析表明,它对大气环流有一定的影响。在海温气候振动的前期位相时期,对流层平均高度有降低趋势,相反在海温气候振动的后期位相时期,对流层平均高度为增高趋势。这种相关关系高层比低层要好,低纬度较中高纬度稳定,夏季较冬季明显。     

全球月平均高度距平场正斜压性的分析(I)--相关系数分布

利用欧洲中心全球客观分析的7层月平均位势高度距平资料,分别计算了相同格点上12-2月和6-8月各层高度距平之间的同时相关分布。结果表明:全球月平均位势高度距平场的正压、斜压性随地理区域变化很大,并有较明显的季节变化。其中12-2月对流层下部大气环流距平场在海洋上空有较好的相当正压性,在大陆上空正压性较差;对流层上部大气环流异常的正、斜压性分布与下部不同,赤道附近地区是相关系数的高值区,副热带地区主要是低值区;在对流层下部与上部大气环流距平场的相关系数分布图上,海洋上空并不总是高值区,在热带东太平洋区域就出现最强的负相关中心。与6-8月的相关系数分布型比较发现:特别明显的季节变化在非洲大陆和热带印度洋区域,12-2月为强正压区,6-8月为强斜压区。