基于阈值区间的海洋锋面提取模型

A model （Bayesian oceanic front detection, BOFD） of sea surface temperature （SST） front detection in satel- lite-derived SST images based on a threshold interval is presented, to be used in different applications such as climatic and environmental studies or fisheries. The model first computes the SST gradient by using a Sobel algorithm template. On the basis of the gradient value, the threshold interval is determined by a gradi- ent cumulative histogram. According to this threshold interval, front candidates can be acquired and prior probability and likelihood can be calculated. Whether or not the candidates are front points can be deter- mined by using the Bayesian decision theory. The model is evaluated on the Advanced Very High-Resolution Radiometer images of part of the Kuroshio front region. Results are compared with those obtained by using several SST front detection methods proposed in the literature. This comparison shows that the BOFD not only suppresses noise and small-scale fronts, but also retains continuous fronts.     

基于SOM的海表温度遥感数据集的EOF算法重构

针对海表温度数据集的数据缺失,提出了一种基于自组织映射算法(SOM)和经验正交函数算法(EOF)有机结合的重构缺失值的新方法。该方法应用了SOM的非线性估计,能够很好的反映数据集的非线性结构,并把SOM估计的结果用于EOF算法的初始化,克服了EOF对数据集初始化敏感的问题。在处理过程中,对奇异值分解使用了lanczos算子分解矩阵,提高了程序运行效率。此外,该方法还引入蒙特卡罗交叉校正集,确定最佳重构的EOF模态数,最终高精度计算出重构误差。使用AQUA遥感卫星海表温度数据进行实验,结果表明该方法能够很好地重构出缺失率高达83.23%的数据集,且重构精度高。     

海上固定平台雷达测波技术及典型数据处理算法

首先总结了国内外海上固定平台使用的多种非接触式波浪测量方法,比较了不同测波方法的适用性。针对不同的测量方法给出了常用的传感器与设备,同时提供了每种设备的主要生产销售商。然后,对单点测波雷达和X波段雷达测波算法进行了综述,给出了波面的时间序列和雷达影像的时空序列两种数据的处理过程。最后,提出了波浪测量技术存在的一些问题,以期为我国海洋环境监测与观测系统的完善提供参考。     

2008年南海季风爆发前后西沙海域海气通量变化特征

基于2008年4至5月在南海西沙永兴岛进行的海气通量观测试验资料和NCEP资料,应用COARE3.0通量算法计算了海气通量,分析了季风爆发前后西沙海域天气变化特点和海气通量对南海季风爆发的响应。结果表明:2008年南海季风首先于5月第1候在南海南部爆发,受热带气旋等因素的影响,北部海区季风爆发推迟到5月18日。季风爆发和热带气旋活动对西沙海域的风速和海气通量影响较大,其中热带气旋的影响更强烈。热带气旋来临之前,潜热通量、感热通量以及动量通量均较小;在气旋活动及此后的季风爆发时期,大风使潜热通量和动量通量显著增强,感热通量则在降水期间变化明显;动量通量的最大值出现在热带气旋活动期间,其在此过程中的均值是观测初期均值的3倍以上。在整个观测过程中,潜热通量明显大于感热通量,后者是前者的16∶1。不同类型天气过程中,潜热通量的日变化相似,而感热通量的日变化有差异。湍流交换系数与风速有较好的相关关系。     

日本海主要海峡体积输运的季节变化特征

利用变分资料同化技术对P矢量方法进行优化处理,并采用此优化后的P矢量方法优化计算了日本海环流和日本海主要海峡的体积输运.日本海的主要环流系统,比如对马暖流(TWC)及其分支,东朝鲜暖流(EKWC)和日本近岸分支(JNB),极地锋海流(PFC),和日本海中的反气旋式涡,都能够被很好地一一反映出来.另外,优化后的P矢量方法...     

辽东湾水体吸收系数区域性半分析反演算法

水体吸收系数是影响水体光场分布的重要参数,在水色遥感探测中受到广泛关注。本文利用2012年9月辽东湾区域航次调查数据分析该区域水体各组分吸收系数的分布情况,结果表明,辽东湾水体中浮游植物含量相对较高。并利用该航次数据,建立了区域性半分析算法,该算法基于相邻波段间固有光学量的线性关系,首先通过遥感反射率反演得到550 nm波段的水体总吸收系数,再通过后向散射波段相关关系外推得到其他波段的总吸收系数。经独立测试数据检验,3个波段(412、443、550 nm)总吸收系数反演的平均相对误差分别为19.71%,17.99%,9.35%,说明区域性半分析算法能较好地估算研究区域的水体总吸收系数。本文还通过引入随机误差对算法稳定性进行了检验,结果表明算法具有较好的稳定性。     

基于COS-2S模型的ADCP海浪方向谱估计

美国RD公司声学多普勒流速剖面仪(ADCP)使用的波向估计算法是迭代的最大似然算法(IMLM),IMLM可以准确估计出主浪向,但波向估计结果在主浪向以外其他方向上存在由噪声带来的能量分布,使得估计结果变得不准确。设计了基于COS-2S模型的波向估计方法,模型中只含有主波向,算法在准确估计主波向同时有效去除其他方向上噪声带来的能量分布。将一种混合遗传算法(HGA)代替遗传算法(GA)应用到波浪模型的参数求解中,HGA相对GA收敛更快,可有效找出全局最优解。仿真分析和实测数据表明,HGA和IMLM都能准确估计出波浪的主浪向,但HGA可有效去除主浪向以外其他方向上噪声带来的能量分布,HGA比IMLM更加适用于海洋各种噪声存在条件下的测量环境。     

Algorithms for automatic,real-time tsunami detection in wind–wave measurements Part I: Implementation strategies and basic tests

Several, although not all, wind–wave gages are equipped with sensors capable of detecting sea-level oscillations within the tsunami frequency band. The present paper looks at the algorithms to be implemented in the software of these gages in order to automatically perform the real-time detection of a possible tsunami within recorded signals. In particular, a new algorithm is proposed and tested. The first part of the paper concentrates on the algorithms' characteristics, implementation strategies and basic testing. First of all, the situations in which wind–wave measurements are either essential, or useful for real-time tsunami detection are discussed. In the second place, already existing algorithms are recalled, specifying their characteristics and fields of application. Then, the characteristics of the new proposed algorithm – mainly based on an infinite impulse response, time domain filter – are illustrated and analyzed. Performance and efficiency of the considered algorithms are compared using synthetic time series. The second part of the paper discusses the algorithms' use in the framework of Tsunami Early Warning Systems (TEWS), testing them in actual cases.     

基于分区间泛化Kriging近似模型的船舶局部结构形状优化

为提高Kriging近似模型在船舶结构性能多维度响应预测方面的适用性,对常规Kriging近似模型进行分区间泛化改进:一是对设计样本点的各个维度(分量)进行划区,并在每一个分区间内采用最优拉丁超立方(OLhd)取样;二是引入比例系数w1组合高斯与指数型相关函数提高模型对数据的泛化能力,从而在每个划分的区间内建立泛化的Kriging近似模型。通过SCH测试函数,验证了构造的分区间泛化Kriging模型有效性。结合参数化建模和改进Kriging近似模型对某过渡肘板和舱口角隅边界进行形状优化,优化第一阶段由改进的近似模型通过多岛遗传算法得到全局初步的最优解,第二阶段在初步解的基础上缩小优化变量范围,由少量的FEM计算即可在小范围内搜寻到精确的最优设计变量。结果表明:分区间泛化Kriging近似模型在预测多维度响应时较常规Kriging模型预测精度更高;分阶段的形状优化流程在保证极小误差和缩小计算成本的情况下能够得到理想的应力分布和重量优化结果,有助于船舶结构的轻量化研究。     

山东半岛近岸海带养殖活动对水体光学吸收特性的影响

为了研究近岸海带养殖活动对水体光学特性的影响,本文选取山东半岛黑泥湾海域为典型研究区,利用2021年4月和8月在该区的9站同步观测数据,分析其总悬浮颗粒物、藻类颗粒物、非藻类颗粒物以及有色溶解有机物的吸收特性,并计算各组分对总吸收系数的贡献率,同时采用Quasi-analytical algorithm (QAA)算法借助MODIS影像反演了水体总吸收系数,结合实测数据获得了黑泥湾水体吸收特性的季节变化情况。结果表明,有海带养殖季节表层水体藻类颗粒物、非藻类颗粒物、总颗粒物和有色溶解有机物的吸收系数明显大于无海带养殖季节,且春季海带养殖区水体的总吸收系数大于无海带养殖区;海底表层沉积物的再悬浮造成底层吸收系数较大,而在春季成熟期的海带汇聚较大量的有机物质导致中层藻类颗粒物吸收系数相对较高;参考波长向红波移动,QAA_v5算法能够较好地估算该区表层水体吸收系数,且在海带养殖季节水体组分会影响到更长的波段特征。本研究可为深入了解海带养殖对水体各组分浓度和分布、碳循环以及水生生态系统的结构和功能的影响提供参照,并有助于提高近岸水体组分的遥感反演精度。