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海洋工程 2022年第4期40卷 137-146页

作者：王火平郭延良回贞立于龙胡筱敏熊学军中海石油(中国)有限公司深圳分公司深水工程建设中心广东深圳518000 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 海洋试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO⁃119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影... 详细信息

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO⁃119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常(SLA)数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。

关键词：南海北部中尺度涡潮流正向叠加内波

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白龙浮标数据全球通信系统共享的解决方案

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河海大学学报（自然科学版） 2022年第3期50卷 91-95页

作者：宁春林薛蕾姜龙李超高峰于卫东自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东青岛266237 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 国家气象信息中心北京100081 世界气象组织瑞士日内瓦1202 中山大学大气科学学院广东珠海519082

为实现白龙浮标数据按照标准格式全要素参与国际交换,设计了从浮标数据测量、卫星传输、岸站接收、实时数据质量控制、云服务器存储到FTP数据上传中国气象局的数据传输链路;采用WMO推荐的标准BUFR格式对原始数据进行格式转换和重新编报... 详细信息

为实现白龙浮标数据按照标准格式全要素参与国际交换,设计了从浮标数据测量、卫星传输、岸站接收、实时数据质量控制、云服务器存储到FTP数据上传中国气象局的数据传输链路;采用WMO推荐的标准BUFR格式对原始数据进行格式转换和重新编报,并按照全球通信系统(GTS)的规则进行封装和编发,实现了白龙浮标气象和海洋观测数据实时向GTS的分发共享,全球用户可以通过GTS收集数据并进行分拣后,按照报头识别并解码得到白龙浮标实时数据。白龙浮标成为我国第一个实时数据共享到GTS的锚系浮标,表明我国锚系浮标数据提供能力达到世界先进水平。

关键词：白龙浮标全球通信系统(GTS):BUFR格式报头识别世界气象组织中国气象局

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海洋再分析数据集中印度洋季节内信号的评估

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海洋学研究 2019年第4期37卷 1-13页

作者：蒙泽周磊秦箭煌付红丽王关锁自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 卫星遥感海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012 上海交通大学海洋学院上海200030 国家海洋信息中心天津300171 自然资源部第一海洋研究所海洋环境与数值模拟研究室山东青岛266061

季节内变化是热带气候的重要影响因素。以北半球夏、冬两季为例,对比了海洋再分析数据集(ECCO2、SODA3和CORA)与卫星观测海表面温度(SST)以及海表面高度(SSH)在印度洋区域季节内信号的差异;还以冬季MJO(Madden Julian Oscillation)事件... 详细信息

季节内变化是热带气候的重要影响因素。以北半球夏、冬两季为例,对比了海洋再分析数据集(ECCO2、SODA3和CORA)与卫星观测海表面温度(SST)以及海表面高度(SSH)在印度洋区域季节内信号的差异;还以冬季MJO(Madden Julian Oscillation)事件和夏季季风事件为例,对比分析了不同强迫过程中再分析数据与观测数据的差异与原因。结果表明,再分析产品在近岸海域具有与观测数据相当的季节内波动,但是在大洋内部,除CORA在赤道中印度洋略强于观测数据,其他再分析数据季节内波动明显弱于观测数据20%以上,SODA3甚至达到60%以上。具体来说,在东传MJO和北传CIO(Central Indian Ocean mode)事件期间,再分析数据中热力强迫下的季节内SST变化呈现较好,仅ECCO2和CORA在相位上滞后观测数据5~10 d。在夏季CIO的SST异常西传期间,再分析数据中动力强迫下的季节内变化呈现较差,ECCO2和CORA仅在85°E^95°E呈现出微弱的西传信号,SODA3的SST异常并未西传;而且强度上,90°E^100°E附近所有再分析SST异常均弱于观测数据50%以上。通过对比东印度洋上混合层季节内流速发现,CIO事件期间再分析流速振幅弱于观测数据51.42%,且CIO波峰期间与观测数据的相对偏差达到65.16%。再分析数据中动力强迫的信号呈现较弱,可能是导致季节内变化在大洋中部明显弱于观测数据的原因。因此,要提升再分析产品中季节内信号,不仅需要关注热力与动力强迫的修正,更需要扩大海洋观测以增加数据同化,尤其是在赤道印度洋海域需要加强对海流的观测。

关键词：印度洋季节内振荡 MJO CIO 海洋再分析数据集

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南海北部陆坡海域第二模态内孤立波统计特征

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海洋科学进展 2022年第2期40卷 187-196页

作者：许培鹏熊学军陈亮宫庆龙郭延良于龙吴凡山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 青岛科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100

根据南海北部陆坡海域潜标观测数据,对该海域第二模态内孤立波统计特征进行分析。观测期间共发现72个第二模态内孤立波,包含101个第二模态内孤立波孤立子。该海域第二模态内孤立波以凸型为主,且最大振幅多为下凹振幅,占79.2%。KdV方程... 详细信息

根据南海北部陆坡海域潜标观测数据,对该海域第二模态内孤立波统计特征进行分析。观测期间共发现72个第二模态内孤立波,包含101个第二模态内孤立波孤立子。该海域第二模态内孤立波以凸型为主,且最大振幅多为下凹振幅,占79.2%。KdV方程波速计算结果表明,波速可用三角函数描述,整体表现为夏季大、冬季小,且第二模态内孤立波流速呈明显的三层结构。最大流速深度及人工判别得到的上下层转向深度的统计结果表明:上层内波流流速转向平均深度约为97.7 m,中层内波流最大流速深度约为134.6 m,下层内波流转向平均深度约为204.2 m,内波流最大流速多发生在中层,流向主要为西北向,流速主要分布于0.2~0.8 m·s^(-1)区间范围内,占82.2%;上层流向主要为东南向,流速主要分布于0~0.6 m·s^(-1)区间范围内,占98.0%;中层流向主要为西北向,流速主要分布于0.2~0.8 m·s^(-1)区间范围内,占93.1%;下层流向主要为东南向,流速主要分布于0~0.4 m·s^(-1)区间范围内,占94.1%。本文系统性地给出了南海北部陆坡海域第二模态内孤立波统计特征,可为相关研究、水下航行及工程应用提供重要的资料和参考。

关键词：第二模态内孤立波陆坡海域特征分析转向深度

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东海黑潮PN和TK断面流量的多时间尺度变化特征

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海洋科学进展 2020年第3期38卷 400-411页

作者：许达马超鞠霞中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东青岛266237 自然资源部第一海洋研究所海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

根据日本海洋数据中心提供的1972—2017年PN断面共181个航次和1987—2010年TK断面共92个航次的CTD调查资料,利用动力高度法估算了这2个断面的流量,分析了其季节、年际和长期变化特征。主要结果表明,PN断面流量季节变化为冬、春和夏季大... 详细信息

根据日本海洋数据中心提供的1972—2017年PN断面共181个航次和1987—2010年TK断面共92个航次的CTD调查资料,利用动力高度法估算了这2个断面的流量,分析了其季节、年际和长期变化特征。主要结果表明,PN断面流量季节变化为冬、春和夏季大而秋季小,TK断面流量季节变化为冬、夏季大而春、秋季小,二者共同点为最大(小)流量均出现在夏(秋)季。PN断面年平均流量的年际变化不明显,但冬季和夏季流量分别具有准3 a和准2 a的显著变化周期;TK断面年平均流量具有准4 a和准6 a的显著变化周期,冬季流量具有准4 a和准7 a的显著变化周期,但夏季流量无显著变化周期。此外,PN断面流量在1976年附近出现了一次较大幅度的增加。PN断面流量具有较大的长期增加趋势,增长率约为0.3 Sv/a,在1972—2017年增加了约13 Sv,结合NCEP海面风应力资料,结果显示,北太平洋更高纬度带(35°N和40°N)的风应力旋度对PN断面流量的影响更强。

关键词：黑潮流量 PN断面 TK断面多时间尺度变化

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海洋混合层深度时空分布及其与风、浪参数的相关性分析

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海洋学报 2019年第5期41卷 12-22页

作者：张扬李宏丁扬余为许建平自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012 上海海洋大学海洋科学学院上海201306 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100

本文应用一个经验证的全球尺度FVCOM海浪模型,模拟了2012年全球海洋海浪场的分布和演变,分析了海表面风场、海浪场与混合层深度的全球尺度分布及相关性。综合观测资料和模型结果显示,海表面10 m风速、有效波高与混合层深度的全球尺度分... 详细信息

本文应用一个经验证的全球尺度FVCOM海浪模型,模拟了2012年全球海洋海浪场的分布和演变,分析了海表面风场、海浪场与混合层深度的全球尺度分布及相关性。综合观测资料和模型结果显示,海表面10 m风速、有效波高与混合层深度的全球尺度分布随季节发生显著的变化,并且其分布态势存在明显的相似性。从相关系数的全球分布来看,海表面10 m风速在印度洋低纬度海区(纬度0°～20°)与混合层深度间有较强的相关性,相关系数大于0.5;有效波高与混合层深度间相关系数大于0.5的网格分布在北半球高纬度海区和印度洋北部。谱峰周期与混合层深度间在部分海区存在负相关关系,这些网格主要分布在低纬度海区(纬度0°～30°)。统计结果显示,有效波高、海表面10 m风速和谱峰周期与混合层深度间的平均相关系数分别为0.31、0.25和0.12。综合以上结果表明,有效波高较谱峰周期能更有效地表征波浪能对海洋上层混合的影响;相比于海表面风速,有效波高与混合层深度间存在更强的相关关系,其变化对海洋上层混合有更显著的影响。

关键词： FVCOM 海浪海表面风场混合层深度相关分析

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基于LSTM的海洋表面短期风速预测研究

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海洋科学 2022年第11期46卷 55-66页

作者：李亚蒙孙宝楠丁军航官晟青岛大学自动化学院山东青岛266071 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071 青岛大学山东省生态纺织协同创新中心山东青岛266071

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... 详细信息

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。

关键词：神经网络长短期记忆网络模型海面风速短期预测

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基于AVISO卫星高度计资料的黑潮表层流轴时空变化特征分析

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数字海洋与水下攻防 2024年第1期7卷 54-61页

作者：庄展鹏董婷婷自然资源部第一海洋研究所海洋环境科学与数值模拟重点实验室崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室

黑潮是著名的太平洋西边界流，是东中国海环流系统的主动脉。我国东海和黄、渤海的水文状况，基本上受黑潮及其分支所制约，因此，对黑潮的研究受到国内外学者的广泛关注。针对AVISO高度计地转流资料，采用改进的特征线法和最大梯度法... 详细信息

黑潮是著名的太平洋西边界流，是东中国海环流系统的主动脉。我国东海和黄、渤海的水文状况，基本上受黑潮及其分支所制约，因此，对黑潮的研究受到国内外学者的广泛关注。针对AVISO高度计地转流资料，采用改进的特征线法和最大梯度法，实现对黑潮表层流轴的自动化探测。利用经验模分解方法对黑潮流轴的离岸距离序列进行了分解，并利用自组织映射方法对黑潮流轴进行了分类。结果表明，黑潮流轴在本州岛南部和九州岛南部海域摆动幅度较大，在四国岛南部海域摆动幅度较小。在九州岛南部海域，黑潮流轴在所研究时间段内有超过一半时间呈近岸平直特征，而“大弯曲”状态占比约35%。

关键词：黑潮表层流轴卫星高度计资料自动化特征提取

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年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验在西北太平洋的海温偏差及其对亚洲夏季风的影响

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大气科学 2019年第3期43卷 498-510页

作者：王晨琦邹立维周天军吴波中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 自然资源部国家海洋环境预报中心国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室北京100081 中国科学院大学北京100049

本文分析了中国科学院大气物理研究所年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验(简称EnOIIAU试验)在西北太平洋地区的海表面温度(SST)年循环的模拟技巧,并通过对比IAP DecPreS系统自由耦合历史气候模拟试验结果,在包含海气耦合过程... 详细信息

本文分析了中国科学院大气物理研究所年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验(简称EnOIIAU试验)在西北太平洋地区的海表面温度(SST)年循环的模拟技巧,并通过对比IAP DecPreS系统自由耦合历史气候模拟试验结果,在包含海气耦合过程的框架下讨论了耦合模式中西北太平洋夏季SST模拟差异,及其对亚洲季风区夏季季风降水模拟的影响。结果表明,EnOI-IAU试验较好地模拟出了西北太平洋各个季节的SST空间分布,并显著减小了原存在于历史气候模拟试验中持续全年的SST冷偏差。混合层热收支诊断分析表明,包含同化过程在内的海洋过程的模拟差异对西北太平洋海温的模拟提升有重要贡献。夏季,EnOI-IAU试验模拟的印度季风伴随的低层西风较观测偏东、偏强,且高估了赤道西太平洋区域的降水量值、低估了印度洋区域的降水量值。水汽收支分析显示,气旋式环流异常造成的水汽辐合异常是造成亚洲季风区降水模拟差异的主要原因。研究表明,较之历史模拟试验,EnOI-IAU试验中夏季西北太平洋地区SST增暖造成局地对流增强,进而使得局地产生异常上升运动,水汽辐合增强,造成西北太平洋地区降水模拟偏多,激发出低层西风异常及赤道外气旋式环流异常。该低层西风异常导致了北印度洋地区低层辐散异常,减小了原存在于历史试验中印度洋地区的正降水偏差。西北太平洋气旋式环流异常一方面增强了印度夏季风伴随的低层西风,使得更多的水汽从阿拉伯海输送到西太平洋暖池区域,增强了该区域的降水量;另一方面,该气旋式环流异常减小了历史模拟试验中中国南部区域偏强的低层风速,进而提升了模式对东亚低层西南风的模拟能力。

关键词：亚洲夏季风 SST偏差海洋同化试验耦合气候系统模式

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跨南大洋经向断面的大气垂直剖面特征研究

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海洋科学进展 2021年第2期39卷 255-267页

作者：高立宝郭桂军史久新薛亮曲大鹏宋新新祖永灿中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 自然资源部第一海洋研究所海洋与气候研究中心山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 江苏海洋大学海洋技术与测绘学院江苏连云港222005

基于中国第29次南极科学考察期间获取的GPS探空观测数据,分析了东南印度洋和西南太平洋经向断面大气垂直结构的基本特征、季节变化和纬向差异。不同断面的大气垂向结构差异显著,但也具有共同特征,4000 m以下低空的气温和湿度明显高于高... 详细信息

基于中国第29次南极科学考察期间获取的GPS探空观测数据,分析了东南印度洋和西南太平洋经向断面大气垂直结构的基本特征、季节变化和纬向差异。不同断面的大气垂向结构差异显著,但也具有共同特征,4000 m以下低空的气温和湿度明显高于高空,而低空风速明显小于高空风速,8000 m以上高空各个观测要素的垂直变化较小,整个断面主要以西风为主,整个垂直剖面湿度异常偏高(偏低)的区域通常对应上升(下沉)气流。给出了3个观测断面的大气锋面位置和类型,P1断面的大气锋面在47°~50°S,P2和P3断面的大气锋面在52°~58°S,P1和P2的锋面属于暖锋,P3的锋面由于气旋的影响分类不明显。东南印度洋大气剖面结构具有明显的季节变化,秋季和春季相比,秋季具有风速小,气温高特征,大气锋面更加偏南。东南印度洋和西南太平洋断面的大气剖面结构差异明显,二者相比,东南印度洋具有风速大、气温高及相对湿度小的特征,但大气锋面位置相同。

关键词：南大洋探空观测大气垂直剖面大气锋面季节变化

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