基于无人机光学图像的海流观测方法研究

海流信息在海上航行、海洋资源勘探等方面有着重要的应用,传统的现场和遥感观测方式不能满足大面积、实时观测海流的要求。基于无人机平台的光学海洋遥感技术具有机动灵活、成本低、分辨率高的特点,近年来在海洋环境监测中得到应用。然而,由于小型无人机容易受飞行姿态、太阳耀斑等因素的影响,目前在海流观测方面还不成熟。本文提出了利用小型无人机获取高分辨率海面流场的方法,并分析不同因素对观测结果的影响。首先,对无人机获取的光学海面图像做预处理,消除几何成像和图像噪声等因素的影响,并通过分析图像灰度值均值的变化,减小太阳耀斑对图像的影响;然后,基于三维傅里叶变换和海浪的频散关系反演海流,并将反演结果与浮标实测的海流数据进行对比,验证了该方法的可靠性。其次,结合实验数据详细分析了不同因素对海流反演的影响:在本文的实验条件下(有效波高0.2～1.5m,波浪主波周期3.8～5.7s),当图像空间分辨率为0.15m、反演子图尺寸在波浪主波波长的2～3倍时,海流的反演误差较小;增加图像幅数和提高时间分辨率也有利于提高海流的反演精度。现场观测实验的结果表明,本文提出的无人机观测海流技术可以有效获取海流信息。     

深海液压主从式机械手控制器

深海主从式机械手控制器是一个比较复杂的系统,可靠性要求高.分析了美国Schilling机械手的特点,介绍了研制的一台6自由度的机械手控制器的硬件电路和软件算法.该控制器运行稳定.机械手动作精度、速度满足使用要求.     

夏季季风转换期间南沙群岛海域的温盐分布特征

应用2002年5月9-22日南沙群岛海域的水文观测资料,分析了季风转换期间南沙群岛海域的水文状况,并对比了调查海域不同区域的温盐分布特征。结果表明,夏季风转换期间海洋表层温度较高,基本在30℃以上,垂直结构上温度层结比较稳定。东北一西南走向界线两侧海域的温盐状况有明显的差异：西北部海域温度较高,垂向上有逆盐层现象;东南部海域温度相对较低,盐度的垂向结构上显示有双跃层现象,两海区水文特征的差异与季风结构和局地环流有密切的关系。从连续站温盐的时空剖面图可以看到,跃层以下,不规则的半日周期内潮对温盐分布有显著的影响。     

1997/1998年El Nino/La Nina期间洋流的演变特征和影响的分析

利用ＴＯＧＡ—ＴＡＯ赤道次表层海流与海温观测资料，比较清楚地揭示了１９９７／１９９８年Ｅｌ Ｎｉｎｏ期间在赤道西太平洋暖池上空西风异常的驱动下，次表层异常海流的产生机制和向东传播过程中的变化特征。对比分析了海表、次表层异常海流的两种热力平流过程，即水平温度平流和因海流水平辐合辐散造成的垂直上翻（或下沉）运动对混合层及海表温度异常的贡献，结果证实了后一效应对ＥＮＳＯ发生发展的重要意义。最后还对文中的海流异常是否就是理论分析得到的Ｋｅｌｖｉｎ波在海流场上的反映进行了讨论。     

一种飞机空中积冰潜势诊断指数与检验评估

飞机积冰是影响飞行安全的重要危险天气,准确的积冰诊断对民航运行与安全具有重大意义,特别是对国产大飞机适航取证具有重要作用。本文参考改进的CIP(Current Icing Potential)指数,使用垂直速度和云中液态水含量对积冰潜势诊断指数进行优化得到SCIP(Simplified Current Icing Potential)指数,该指数直接基于大气层结资料给出较为准确地飞机积冰潜势,具有命中率高、实用性强的特点。用2021年2月28日至12月31日民航航空器报告对原CIP指数和SCIP指数进行对比验证评估,发现相比于原CIP指数,SCIP指数具有更优异的ROC曲线(Receiver Operating Characteristic Curve)和TSS评分(True Skill Score)。但是对于不同程度的积冰,原CIP指数和SCIP指数均表现出较一致诊断效果,表明SCIP指数对诊断飞机积冰潜势具有重要作用,但无法判断积冰强度。根据2020年3月16日陕西区域飞机结冰个例验证表明增加垂直速度和云中液态水含量的影响对飞机积冰的描述更加细致,对提升积冰潜势诊断效果具有重要意义...     

Numerical modelling of deep sea air-lift

Deep sea air-lifting of solid particles from depth of 1600 m is simulated with a mathematical model of the three-phase flow in an upward pipe. The computations are carried out for an axisymmetric domain in a transient way. Phase distributions, pressure and velocity profiles together with flow rates for all phases are presented and analysed. The influence of the pipe diameter on the air-lift efficiency was studied for air-lift pipes of different lengths and found to be significant. The lifting efficiency increases with the increase of the pipe diameter due to the reduction of the wall friction influence on the flow. In addition, the efficiency also increases with the increase of the solid particles volume fraction at the inlet. The presented numerical model can be utilized during various stages of the design of the air-lift pumps to help answer fundamental questions on the process, and during their operation to select optimal process parameters and to address possible problems.     

基于迁移学习方法的山东冷云冰晶特征分布研究

为分析冷云中冰晶的分布特征,揭示冰晶增长演变机制,根据冰晶形状和尺度特征分为8类并进行标注,同时标注1类隔断栏进行数据质量控制,将9类标签图像整合并建立图像集,利用迁移学习VGGNet16方法进行识别训练,经训练模型分类准确率达98%。将模型应用到秋季冷云冰晶特征研究中,选取3次积层混合云和3次层状云降水过程,分析冰晶形状在不同温度区间的占比及冰晶谱变化特征,结果表明,温度通过影响冰晶基面与棱面的比值来决定冰晶初始形状分布,相同温度区间积层混合云内球状冰晶和线型冰晶占比高于层状云,低于-12℃后各类冰晶占比相对固定;积层混合云内线型冰晶直径集中在300~800 μm,冰晶谱呈多峰分布,聚合体直径大于600 μm,冰晶谱首尾两端浓度相当,球状冰晶直径集中在120～300 μm,冰晶谱呈单调下降趋势。     

海冰形变对北极冬季CICE模式冰厚模拟结果的影响

海冰数值模式是研究海冰动力热力状态参量及之间联系的有效途径。目前对冰厚数值模拟结果的分析远远少于对海冰范围/面积和密集度的研究,对冰速与海冰形变对冰厚分布影响的研究也尚欠缺。本文利用Los Alamos sea ice model（CICE）海冰模式模拟了1980−2018年的北极海冰变化,并使用遥感、同化冰厚数据进行比对验证,分析了模拟冰速和海冰形变对冰厚的影响,计算了冰速的散度和切变偏差对冰厚偏差的贡献。结果显示,CICE对北极70°N以北区域平均冰厚和冰速的年际变化模拟基本合理,但模拟的平均冰厚和冰速多年变化趋势均小于同化数据的变化率;模拟和观测冰厚的空间分布差异与冰速和形变率的偏差有密切联系,主要表现为波弗特海的正偏差和北极中央区至弗拉姆海峡的负偏差。泛北极区域散度和切变偏差在3月之前对冰厚偏差的贡献在13%～16%之间变化,3−4月则由16%跃变至27%。散度偏差主导了11月、12月波弗特海区域的冰厚正偏差,切变偏差主导了冬季加拿大群岛以北海域和穿极流区域的冰厚负偏差。     

Controls on the morphological evolution of embayed beaches: Morphometry versus external forcing

The morphological evolution of embayed beaches on a microtidal coast is assumed to largely respond to the degree of exposure to wave conditions, decreasing the mobility with increasing beach indentation (and vice versa). However, the number of sediment arrivals at the beach or the impact of extreme storms can modify this relationship. Here, we present an analysis of 10 embayed beaches along the Catalan coast with different morphometric and sedimentary characteristics to identify the most relevant parameters controlling the morphological evolution of these embayed beaches at the inter-annual and decadal scales. The study was mostly based on LiDAR topographic data collected from 2012 to 2017, aerial photographs from 1945 to 2021, sediment sampling and a long-term series analysis of the forcing parameters (waves, sea level, precipitation and land-use changes). The results show a net loss of volume on all the studied beaches at an inter-annual scale and a general shoreline retreat during the last few decades, suggesting the influence of common processes on the evolution of the studied beaches. Smaller pocket beaches with medium-to-high indentations are more sensitive to changes induced by local factors and show higher variability in the volume of the emerged beach and shoreline position than larger beaches. The most relevant factors influencing the evolution of the studied beaches on a decadal scale were identified as changes in sea level and the reduction in sediment inputs provided by streams due to land-use changes in the drainage basin. At the inter-annual scale, the impact of extreme events is the main factor controlling beach behaviour. These general trends can be opposite locally for beaches that receive large amounts of sediment via longshore transport from adjacent beaches.     

常规海面风预报质量检验的实现

常规海面风预报内容是“文字加字符”形式,实况数据是间隔均匀的数据序列,所以常规海面风预报无法像数值预报一样直接应用实况数据进行预报质量的检验评估。本文在详细调研全国海洋预报机构发布的海面风预报产品基础上,针对不同的常规预报内容,制定了一套客观、合理、标准化的处理方法,成功实现了对常规海面风预报的检验,并应用东海区实况数据对常规海面风预报进行了检验测试,通过对存在的问题进行研讨与论证,完善了检验评估规则,提升了其实用性、合理性和适用性。