基于遗传算法优化的ENSO指数的动力预报模型反演

基于NCEP/NCAR提供的1958～1995年全球月平均海温距平场再分析资料,采用动力系统反演思想和遗传算法途径,进行了El Nino/La Nina指数的动力预报模型的参数优化和模型反演,从上述海温资料中重构了Nino3海温距平指数的非线性动力模型.模型预报试验结果表明,遗传算法具有的全局搜索和并行计算优势能够客观、有效地反演海温指数的动力预报模型,对Nino3海温指数和El Nino/La Nina事件进行较为客观准确的预测,为El Nino/La Nina预测提供有益的研究参考.     

基于卫星遥感数据的全球表层流场反演重构

利用2000—2008年的卫星高度计资料和QuikSCAT风场资料,反演了全球的海表的地转流和Ekman流,将两者合成后生成了0.5°×0.5°的逐周全球表层流产品。在计算Ekman流的时候,引入了权重函数,改进了Lagerloef方法中Ekman流在25°S和25°N上的不连续问题。分析表明:卫星资料反演的流产品能够反映出海表流场的特征,将其分别与TAO观测和SCUD流产品进行定量化的比较显示,所得流产品具有较高的反演精度和可信度,说明改进的方法是有效的。     

全球大洋混合层深度的计算及其时空变化特征分析

本文利用2005-2009年的全球网格化Argo数据,分别采用温度判据和密度判据计算了全球大洋混合层深度(Mixed Layer Depth, MLD),讨论了障碍层(Barrier Layer, BL)和补偿层(Compensated Layer, CL)对混合层深度计算的影响,得到了合成的混合层深度,并研究了其时空变化特征. 研究表明:(1)在赤道西太平洋(10°S -5°N,150°E-150°W),孟加拉湾,热带西大西洋(10°N-20°N,30°W-60°W)是障碍层高发区域. 冬季的北太平洋副热带区域(30°N附近)以及东北大西洋(40°N-60°N,0°-30°W)是补偿层发生的区域. (2) 在各个半球的夏季MLD都比较浅,在各个半球的冬季MLD则普遍比较深. 北太平洋和北大西洋的MLD的分布和变化比较相似,印度洋MLD受季风影响显著,呈现半年周期变化. 太平洋和大西洋的MLD 的经向分布大致呈现出"两端深,中间浅"的拱形特点. (3)混合层深度距平场EOF第一模态时间变化为周期的年信号,北太平洋和北大西洋、南大洋(尤其是南极绕流区)都是MLD变化剧烈的海域,第二模态显示全球大洋混合层深度距平存在着一个半年的变化周期.     

基于Argo历史观测的南海海盆尺度中层流场研究

针对南海海域海流环境复杂、中层实测数据量少的现状,本文基于2006-2016年布放在南海海域的114个Argo剖面浮标的卫星定位等信息,采用基于背景流和惯性流外推的最小二乘方法,获取南海海域1 200 m深中层流场信息,并采用Divand变分插值的方法形成网格化季节流场。结果表明:（1）针对南海中层（1 200 m）流场,单个Argo浮标可以刻画出具体的中尺度结构,如越南沿岸的反气旋涡,半径约为120 km,最大流速约为9.6 cm/s,平均流速为5.3 cm/s;（2） Argo网格化流场表明海盆尺度中层流场南海南部为反气旋环流结构,北部为气旋式环流,同时在吕宋海峡口存在从南海至太平洋的水体交换;（3）将该流场信息与HYCOM和YoMaHa'07两种资料对比,吻合度较高,与HYCOM再分析资料的偏差分布趋近于正态分布,海流的东西向分量的均方根误差为3.28 cm/s,南北向分量的均方根误差为3.26 cm/s。总体而言,利用Argo轨迹资料能够有效地反演出南海地区海盆尺度的中层环流特征。     

基于现场观测资料的卫星海表盐度网格化产品误差分析与质量评估

自欧洲土壤湿度和盐度卫星SMOS和美国宝瓶座盐度卫星Aquarius相继发射之后,多个数据中心发布了两颗卫星的海表盐度网格化产品,其中包括法国海洋研究院SMOS卫星数据小组发布SMOS Locean L3盐度产品、西班牙巴塞罗那专家中心发布SMOS BEC L4盐度产品和美国宇航局喷气动力实验室发布AquariusV3.0 CAP L3盐度产品。本文利用精确盐度现场观测资料从产品精度和模拟海洋现象能力两个方面对以上3种产品质量进行了评估。研究表明:(1) 在精度方面,与盐度现场资料相比,Aquarius CAP 产品质量最高,产品盐度偏差和均方根误差全年稳定且偏差较小,部分海域达到了设计精度;SMOS两种卫星产品在全球海域偏差较不稳定,个别月份出现异常偏差值;SMOS产品在低纬和开阔海域的数据质量相对较高,但在高纬海域仍存在较大误差,需要进一步提升;(2) 在刻画海洋现象方面,Aquarius产品在热带太平洋较好刻画了淡池东缘盐度锋,SMOS BEC产品的刻画能力次之,SMOS Locean产品在热带太平洋充满了小尺度噪音,描述物理现象方面表现偏差。     

台湾以东表面黑潮流量与涡旋场相互作用研究

本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993年~2015年的卫星遥感海面高度和海表流场逐日资料,分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近海域的涡旋场（海面高度异常）,得到了台湾以东表面黑潮流量和涡旋场的四个主要周期,并研究了不同对应周期的黑潮表面流量及其邻近涡旋场之间的相互作用关系。论文主要结论如下：（1）基于小波分析法,分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近的涡旋场,发现两者都具有明显的季节、年和年际变化周期。对于表面黑潮流量,除了具有182天（0.5年）和365天（1年）的显著周期外,还存在860天（2.35年）和2472天（6.8年）左右的较为明显的周期。涡旋场也相应地存在200天（0.55年）、374天（1年）、889天（2.43年）和2374天（6.5年）四个较明显的周期,但在不同的纬度存在一定差异;（2）基于相关分析和因果分析法,分析了以上四个周期内表面黑潮流量及其邻近涡旋场的相关性,揭示了黑潮与涡旋在不同周期区间、不同纬度相互影响关系的差异。     

基于SODA资料的太平洋及我国周边海域温差能资源时空特征分析

基于简单海洋数据同化数据集的逐月再分析海温资料,对1971年1月至2010年12月共40年的太平洋及我国周边海域温差能资源的时空特征进行统计分析,得到以下主要结论:（1）温差季节变化特征明显,北半球的20℃等温差线从冬季到夏季可由20°N扩展到40°N,而南半球的温差受季节变化相对较小;温差能有效开采区域集中在30°S~40°N范围内,但纬向分布不均;可近似将气候态平均的20℃等温差线作为全年可开采区域的边界;（2）太平洋绝大部分海域的温差能等价深度呈逐年上升趋势,最大可达近2 m/a;温差能的变异系数具有明显季节变化特征但总体维持在较低水平,有效开采区域之内的变异系数在各季节均低于0.1;（3）我国温差能资源在南海及台湾以东海域最为丰富,其温差维持较高水平,能量密度总体呈逐年上升趋势,能量的稳定性较好且可实现全年有效开采,其最佳利用时间为5-7月,最差利用时间为2-3月;（4）太平洋温差能储量在TW量级,且以2.83 GW/a的趋势递增。     

自组织神经网络模态振幅算法及其在南海海面高度异常年际变化中的应用

作为一种非监督分类方法,自组织神经网络在气象和海洋学科中的应用越来越广泛,但该方法无法给出要素场典型模态随时间变化的振幅。基于所输入要素场与典型模态场的相似程度能够反映出典型模态在该时刻强弱程度的思想,提出了一种简便易行的自组织神经网络模态振幅算法,并应用于南海海面高度异常研究。根据该算法计算出了1993—2008年南海海面高度异常年际变化空间分布模态相应的振幅,根据振幅时间序列进一步正确计算出了Nio 3指数与这些模态的延迟相关关系,表明本文模态振幅算法有效。     

遥感海表盐度分析产品的有效分辨率研究

针对SMOS和Aquarius海表盐度误差分析没有区分不同空间频谱信噪特征的问题,基于6种主要的遥感盐度分析产品,根据定性图像、纬向波数谱、均方根误差等指标,分析产品的有效分辨率并探讨其原因机制。研究表明:CATDS-0.25°分析产品所描述的盐度场中小尺度结构失真,其较高谱能量密度在热带海域以噪音为主,而在西边界流等海域以信号为主;BEC-L3-0.25°有着较小的均方根误差、清晰的盐度图像、显著的中尺度能量,最适于描绘中尺度(25~100 km)盐度特征;BEC-L4-0.25°被奇异谱分析方法过度平滑了盐度场;Aquarius-V2-1.00°通过局部平滑处理,在描述大尺度(＞100 km)盐度现象方面表现较好;Aquarius-CAP-1.00°通过主动-被动联合算法(CAP)减小了均方根误差,但图像中卫星轨道形态明显;CATDS-1.00°的图像形态、能量分布和误差特征与Aquarius-V2-1.00°相当。这些结论可为用户正确使用产品进行地球物理学研究提供参考。     

分形插值参数的遗传优化及其ARGO海温场应用试验

针对常规分形插值方法中垂直压缩因子参数无公认选择标准和有效途径的问题,提出一种分形插值的改进算法,用遗传算法对分形插值模型的垂直压缩参数进行了优化选择并进行了ARGO海温资料插值加密的对比试验。试验结果表明,经遗传优化后的分形插值方法在海温复杂细节结构和小尺度特征描述等方面较常规插值等方法更具优势,改进了分形插值结果的客观性和正确性。